黄维院士&朱纪欣教授《Nat. Commun.》: MXene水凝胶基安全电子器件的结构 − 需求定制化设计

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聚合物水凝胶基柔性传感器因其质量轻，可穿戴，信号输出稳定等特点而倍受关注，在电子皮肤，人机交互等领域展现出广阔的应用前景。其中填充型聚合物水凝胶传感器具备相对优异的灵敏度以及填料改性所赋予的其他特性。然而此类传感器的功能化设计，机理研究和应用场景拓展仍然有待深入探索。

基于团队已有工作基础（Nano Lett. 2020, 20, 3449-3458，Adv. Mater. 2021，33, 2004782， Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2009466，Appl. Phys. Rev.2021, 8, 031416 ），近日，西北工业大学黄维院士、中国科学技术大学朱纪欣教授合作报道了一种高效简易且经济实惠的水凝胶传感器的结构−需求定制化设计策略（图1），利用浆料直写（DIW）3D打印技术制备得到二维过渡金属碳化物（Ti₃C₂T_x）键合聚氨酯/聚乙烯醇（PU/PVA）水凝胶复合材料。PVA链段结晶及分子间氢键促进凝胶化，显著提升了凝胶的力学性能，打印结构多样化赋予其不同的应变灵敏度（GF）及响应区间，以满足多场景应用需求。以特定结构为例，结合有限元分析和原位变温拉曼技术对其应变、温度响应特性及相应机理展开深入探索，归因于结构诱导和热引发的隧道电子效应，以及Ti₃C₂T_x窄带隙半导体特性，凝胶器件不仅展现出稳定的应变传感行为和优异的可“充电”式温度响应性能，且成功应用于面向飞行器安全的电致形状记忆铰链展开温度监测系统。该工作不仅为水凝胶基柔性传感器的设计开辟了一条途径，也加深了对于不同模态下传感机制的理解，还将推动柔性传感器件在航空航天等特殊领域的应用探索。相关研究工作以“Approaching intrinsic dynamics of MXenes hybrid hydrogel for 3D printed multimodal intelligent devices with ultrahigh superelasticity and temperature sensitivity”为题发表在国际著名期刊Nature Communications上。

图1 MXenes水凝胶安全器件的设计，性能与应用。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31051-7

来源：西工大柔性电子研究院

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