基于碳纳米管和Ti3C2Tx MXene的高性能泡沫状应变传感器

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2024-05-23 10:46:16

基于碳纳米管和Ti3C2Tx MXene的高性能泡沫状应变传感器

柔性应变传感器在可穿戴电子设备中至关重要，它可以帮助监测来自人体的物理信号。在各种应变传感器中，泡沫状应变传感器因其重量轻、透气性好而受到广泛关注。但是，目前这些传感器的工作范围还不够大，灵敏度还有待进一步提高。近日，南京工业大学黄维院士，Hai-Dong Yu，孙正义副研究员，Gang Lu报道了研制了一种由Ti₃C₂T_x MXene、多壁碳纳米管（MWCNTs）和热塑性聚氨酯(TPU)组成的高性能泡沫状应变传感器。

本文要点：

1）研究人员采用盐模板法制备了MWCNTs和TPU组成的复合泡沫塑料（简称TPU/MWCNTs泡沫），并在其表面吸附了MXene薄片，所制得的TPU/MWCNTs@MXene泡沫作为一种轻质、易加工、灵敏的应变传感器有效地发挥了作用。

2）TPU/MWCNTs@MXene器件可同时提供100%的宽工作应变范围和高达363%的卓越灵敏度，优于最先进的泡沫状应变传感器。此外，复合泡沫具有良好的透气性和与皮肤相近的弹性模量，是一种非常舒适的可穿戴传感器。

3）由于这些优点，该传感器可以有效地检测人体的细微运动和大型运动，如关节运动、手指运动和声带振动。此外，该传感器还可以用于手势识别，在人机交互中具有良好的应用前景。

得益于高灵敏度、宽工作范围、高透气性，以及适宜模量等优点，这种泡沫状复合应变传感器在不久的将来有望在柔性和可穿戴电子领域得到广泛应用。

Hongchen Wang, et al, High-Performance Foam-Shaped Strain Sensor Based on Carbon Nanotubes and Ti₃C₂T_xMXene for the Monitoring of Human Activities, ACS Nano, 2021

DOI：10.1021/acsnano.1c00259

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c00259