大连理工大学理学院Feng tan等--高拉伸灵敏度Ti3c2tx mxene海藻酸钠丙烯酰胺水凝胶用于柔性电子传感器

柔性传感器需要良好的拉伸性能、柔韧性和足够的灵敏度来监测和传输运动中的微妙应变变化。本文通过将丙烯酰胺(AM)、Ti3C2Tx MXene纳米片和海藻酸钠(SA)聚合，合成了MXene-海藻酸钠-丙烯酰胺(MSA)复合水凝胶。扫描电镜、能谱和元素映射显示Ti3C2Tx MXene纳米片在复合水凝胶体系中均匀分散。傅里叶变换红外光谱和差示扫描量热分析验证了Ti3C2Tx MXene纳米片和SA - AM聚合物之间的强氢键作用。制备的M20S2.5A水凝胶的极限拉伸应变为4350%，断裂能高达359.51 J m^-2，在循环加卸载实验中具有显著的滞后，表明其具有良好的能量耗散性能。M20S2.5A水凝胶的电导率随拉伸距离呈良好的线性响应(1300 ~ 3500%)，响应时间快，为0.27 s。同时，MSA水凝胶具有较高的灵敏度(GF = 2.31)。这些优点使其能够实时监测人体的吞咽、手指弯曲、膝关节屈伸等随机运动。本研究显示了MSA水凝胶在柔性可穿戴设备中的巨大潜力。

图1  Ti₃C₂T_x MXene (a)和MSA水凝胶(b)的制备示意图。

图2. Ti₃AlC₂的SEM图(A)和LiF/HCl蚀刻后的SEM图(B)， Ti₃AlC₂和Ti₃C₂T_x的XRD图(C)， Ti₃C₂T_x的SEM图(D)， TEM图(E)和AFM图(F)， Ti₃C₂T_x的Ti元素(G)， C元素(H)和Al元素(I)的EDS元素图信息。

图3水凝胶的显微形貌图。

图4. Ti3C2Tx MXene与三种水凝胶(A)的FTIR光谱。三种水凝胶的TGA (B)、DTG (C)、DSC (D)曲线和三种水凝胶的存储模量(E)、损耗模量(F)曲线。

图5。水凝胶的力学性能。

图6.不同条件下的加载-卸载试验。

图7M20S2.5A水凝胶电流响应曲线。

图8.M₂₀S_2.5A柔性传感器示意图(A). M₂₀S_2.5A柔性传感器的响应时间(B). M₂₀S_2.5A柔性传感器在不同弯曲半径下的电流时间曲线(C). M₂₀S_2.5A柔性传感器在不同频率下的电流时间曲线(D)。

图9M₂₀S_2.5A柔性传感器对人体各种动作的电流响应曲线。

相关科研成果由大连理工大学理学院Feng Tan等人于2022年发表在ACS Applied Polymer Materials (https://doi.org/10.1021/acsapm.2c01169)上。原文：Highly Stretchable and Sensitive Ti3C2Tx MXene/Sodium Alginate/Acrylamide Hydrogel for Flexible Electronic Sensors。