吉大/半导体所AFM:高性能电子皮肤的MXene复合电极和活性层
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详细介绍


一、文章概述

MXene是一类新兴的2D过渡金属碳化物和氮化物。由于它们出色的导电性,机械柔韧性和水分散性,它们已被广泛用于柔性电子产品。吉林大学Wei Han和中国科学院半导体研究所Guozhen Shen、Lili Wang老师研究团队实现了MXene材料在电子皮肤中的电极和活性层应用。(1)通过利用真空过滤技术,将少层MXene电极集成到3D聚丙烯腈(PAN)网络的顶面和底面,以形成稳定的电子皮肤。带有MXene电极的柔性器件的性能优于其他电极,并且具有出色的器件性能,具有104.0 kPa-1高灵敏度,30/20 ms的快速响应/恢复时间和1.5 Pa的低检测限。(2)此外,电极和构造好的基于MXene/PAN的柔性压力传感器均表现出强大的机械稳定性,可以承受240次弯曲循环。这样的坚固,灵活的设备可以像拼图游戏或折纸一样放大或折叠,并可以从2D转换为3D结构。(3)此外,它可以检测到人体肌肉的微小运动,例如与声音产生相对应的运动以及手指弯曲期间的剧烈运动。


二、图文导读


设备制造。

a)带MXene电极和基于MXene/PAN的柔性压力传感器的工作机制和制造过程。

b)具有MXene电极的MXene/PAN薄膜的光学图像及其机械柔韧性和强度。

c)具有夹层结构的柔性压力传感器的SEM图像。


MXene/PAN薄膜柔性传感器的传感特性。

a)在4 kPa下,带有不同电极的柔性传感器的压敏响应。

b)在0.2至7.7 kPa的施加压力下,基于MXene/PAN薄膜的传感器的电流变化。

c)相应的动态响应/恢复行为。

d)柔性传感器的响应和恢复时间。

e)传感器在0.2至7.7 kPa压力下的超高线性灵敏度。

f)基于MXene的柔性压力传感器的压敏性能。

g)在0.2 kPa的10000次循环测试后,柔性传感器的耐久性能。


实时检测人类的生理活动。

a)柔性压力传感器在不同弯曲角度下的动态响应曲线。

b)在≈15°的弯曲角度下,经过240个循环的弯曲响应。

c)人类生理活动的例证。

d)在不同的声音刺激下,例如“纤维”,“薄膜”和“传感器”,MXene/PAN柔性传感器的相对电流变化。

e)手指压在压力传感器上时的响应曲线。

f)连续检测手指弯曲训练的附着在手指上的压力传感器的传感性能。

g)对手腕脉搏监测的反应。

h)脉搏的放大波形。


基于MXene/PAN的柔性压力传感器的应用和显示。

a,b,d)这些图像描述了折叠纸上集成的六通道压力传感器的设计。

在连续装载和卸载过程中,实时监测c)单个设备和e)集成折叠设备的电阻变化。

f)在连续的装卸循环下,集成折叠设备的可重复性性能。

实时记录g)手腕和h)肘部弯曲释放运动的阻力变化。

i)MXene/PAN传感器和LED的电路图。

j)LED的亮度响应随MXene/PAN柔性传感器上的不同施加压力而变化。


三、论文信息


Controlled Assembly of MXene Nanosheets as an Electrode and Active Layer for High‐Performance Electronic Skin

Advanced Functional Materials (IF=16.836)

Pub Date : 2021-02-22

DOI: 10.1002/adfm.202010533

Xiyao Fu; Lili Wang*; Lianjia Zhao; Zeyu Yuan; Yupu Zhang; Dongyi Wang; Depeng Wang; Junzhi Li; Dongdong Li; Valerii Shulga; Guozhen Shen*; Wei Han*

Sino-Russian International Joint Laboratory for Clean Energy and Energy Conversion Technology, College of Physics & International Center of Future Science, Jilin University, Changchun, 130012 P. R. China

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