新型多级纳米通道MXene复合气凝胶，可实现超灵敏压力检测
2022-03-25 12:23:49 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
在该项研究中，研究人员提出一种新的策略，利用导电MXene纳米片和聚硅氧烷构建出具有分层多级蜂窝壁结构的超软MXene复合气凝胶，该气凝胶具有超低的杨氏模量（约140Pa）、优异的机械稳定性和拉伸弹性（高达80%）。
在人工智能、智能医疗、机器人等尖端领域，对细微机械信号的精准检测需求非常广泛。压阻式压力传感器作为关键的传感检测技术之一，其丰富的敏感材料选择和简单的制备工艺，为它赋予了广阔的发展空间。
据麦姆斯咨询报道，近期，来自南开大学、中国科学技术大学和武汉大学的研究人员共同合作，利用MXene与超柔性聚硅氧烷（PGPDMS）交联形成具有多级纳米通道结构的复合气凝胶（以下简称：MXene复合气凝胶），可作为压阻材料进行超灵敏压力检测，并且具备超低的检测限和快速的响应及恢复时间。该研究成果已发表于Nature Communications期刊。
在该项研究中，研究人员提出一种新的策略，利用导电MXene纳米片和聚硅氧烷构建出具有分层多级蜂窝壁结构的超软MXene复合气凝胶，该气凝胶具有超低的杨氏模量（约140Pa）、优异的机械稳定性和拉伸弹性（高达80%）。
MXene复合气凝胶制备过程示意图
MXene复合气凝胶的结构和机械性能
基于MXene复合气凝胶的压阻式压力传感器在感测细微的机械信号方面具有显著的优势，可以检测到最低0.0063Pa压力信号，在0-0.02Pa超低压力范围内的检测灵敏度超过1900kPa⁻¹，且具有优异的传感稳定性，经过1万次压缩循环后，灵敏度仍能保持在1800kPa⁻¹以上。
对基于MXene复合气凝胶的压阻式压力传感器进行细微压力传感性能表征
该MXene复合气凝胶由于其优异的自愈能力、粘附性能和可穿戴能力，在人体运动检测和智能检测方面具有巨大的潜力。临床实践中，以非侵入性方式连续准确地对极其微弱的颈静脉（IJV）脉冲波形进行实时监测非常困难。在该项目中，研究人员将基于MXene复合气凝胶的柔性压力传感器放在志愿者脖子周围，以非侵入性方式测量到了颈动脉（CA）和颈静脉的中央血压波形和脉动，证明了该传感器可以为颈静脉监测提供一种有效的非侵入性方法。
基于MXene复合气凝胶的压阻式压力传感器在检测细微力信号中的应用
该MXene复合气凝胶还可以组装成灵活的压力传感阵列，用于各种需要检测极弱机械信号的尖端应用。研究人员构建了一个灵活的5×5压力传感阵列，实现了对蚊子（约1.75mg）降落、起飞信号的检测，并绘制了头发（约0.21mg）的静态压力分布，证明了其对细微动态或静态负载的高度灵敏性，未来有望在超灵敏触觉传感和电子皮肤应用中发挥巨大潜力。
这项研究为开发具有高灵敏度和低检测限的压阻材料开辟了新的途径，同时也为开发能精准检测超弱机械信号的超灵敏传感器提供了新的思路。
论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-022-28760-4
延伸阅读：
《Merit Sensor压力传感器（TR系列）及MEMS芯片（HM系列）产品分析》
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