在MXene介层中构建高密度裂微结构,用于基于超敏感和超疏水性纤维素纤维的传感器
Chao Li1, Tongtong Yun2, Yehan Tao1
1Liaoning Key Lab of Lignocellulose Chemistry and Biomaterials, Liaoning Collaborative Innovation Center for Lignocellulosic Biorefinery, College of Light Industry and Chemical Engineering, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China.
International journal of biological macromolecules
|January 19, 2024
概括
这项研究引入了一种新的纤维素纳米纤维/MXene/碳黑复合材料,用于高度敏感的基于纸张的传感器. 这种材料即使在潮湿的条件下也能达到出色的性能,从而推进了灵活的电子设备.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 纳米技术纳米技术
- 传感器技术 传感器技术
背景情况:
- 在2D MXene中加入生物聚合物增强了机械性能,但降低了导电性和传感器灵敏度.
- 开发用于纸质传感器的导电性但敏感的材料仍然是一个挑战.
研究的目的:
- 为使用纤维素纳米纤维 (CNF),MXene和碳黑 (CB) 的环保纸质传感器创建一个高度敏感和稳定的导电层.
- 研究将CB插入MXene/CNF中间层并用SiO2进行封装对传感器性能的影响.
主要方法:
- 通过将CB插入MXene/CNF中间层来制造一种新型复合物.
- 用疏水性SiO2涂覆复合材料,以获得封装和超疏水性质.
- 复合材料微观结构和传感器性能的表征,包括灵敏度,检测极限,响应时间和稳定性.
主要成果:
- 制造的超疏水性纸张传感器 (CB/CNF/MXene/SiO2) 表现出超高灵敏度 (729.52 kPa−1),低检测极限 (0.29 Pa) 和快速响应 (80 ms).
- 传感器在1万个周期中表现出极好的稳定性,并可以检测到人类的生理运动和空间压力分布.
- SiO2涂层提供了超性 (接触角度~158.2°) 并在高湿度和水下条件下保持稳定的电信号.
结论:
- 开发的CB/CNF/MXene/SiO2复合材料为高性能,环保的纸质传感器提供了一个有前途的导电层.
- 这一策略有效地克服了MXene复合材料中生物聚合物的导电性限制,显著提高了传感器的灵敏度和稳定性.
- 超疏水性质和在潮湿下强大的性能使这些传感器适合各种现实应用,包括可穿戴电子产品.
