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柔性傳感器需要良好的拉伸性能、柔韌性和足夠的靈敏度來監測和傳輸運動中的微妙應變變化。本文通過將丙烯酰胺(AM)、Ti3C2Tx MXene納米片和海藻酸鈉(SA)聚合，合成了MXene-海藻酸鈉-丙烯酰胺(MSA)復合水凝膠。掃描電鏡、能譜和元素映射顯示Ti3C2Tx MXene納米片在復合水凝膠體系中均勻分散。傅里葉變換紅外光譜和差示掃描量熱分析驗證了Ti3C2Tx MXene納米片和SA - AM聚合物之間的強氫鍵作用。制備的M20S2.5A水凝膠的極限拉伸應變為4350%，斷裂能高達359.51 J m^-2，在循環加卸載實驗中具有顯著的滯后，表明其具有良好的能量耗散性能。M20S2.5A水凝膠的電導率隨拉伸距離呈良好的線性響應(1300 ~ 3500%)，響應時間快，為0.27 s。同時，MSA水凝膠具有較高的靈敏度(GF = 2.31)。這些優點使其能夠實時監測人體的吞咽、手指彎曲、膝關節屈伸等隨機運動。本研究顯示了MSA水凝膠在柔性可穿戴設備中的巨大潛力。
 
圖1  Ti₃C₂T_x MXene (a)和MSA水凝膠(b)的制備示意圖。
 
圖2. Ti₃AlC₂的SEM圖(A)和LiF/HCl蝕刻后的SEM圖(B)， Ti₃AlC₂和Ti₃C₂T_x的XRD圖(C)， Ti₃C₂T_x的SEM圖(D)， TEM圖(E)和AFM圖(F)， Ti₃C₂T_x的Ti元素(G)， C元素(H)和Al元素(I)的EDS元素圖信息。
 
圖3 水凝膠的顯微形貌圖。
  圖4. Ti3C2Tx MXene與三種水凝膠(A)的FTIR光譜。三種水凝膠的TGA (B)、DTG (C)、DSC (D)曲線和三種水凝膠的存儲模量(E)、損耗模量(F)曲線。
 
圖5。水凝膠的力學性能。
  
圖6. 不同條件下的加載-卸載試驗。
 
圖7 M20S2.5A水凝膠電流響應曲線。
 
圖8. M₂₀S_2.5A柔性傳感器示意圖(A). M₂₀S_2.5A柔性傳感器的響應時間(B). M₂₀S_2.5A柔性傳感器在不同彎曲半徑下的電流時間曲線(C). M₂₀S_2.5A柔性傳感器在不同頻率下的電流時間曲線(D)。
 
圖9 M₂₀S_2.5A柔性傳感器對人體各種動作的電流響應曲線。
 
      相關科研成果由大連理工大學理學院Feng Tan等人于2022年發表在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。

轉自《石墨烯研究》公眾號