成果简介
将可穿戴气体传感器与能量收集和存储设备集成可以创建用于连续监测气态分子的自供电系统。然而，由于复杂的制造工艺、较差的拉伸性和灵敏度，开发仍然受到限制。本文，闽江学院张诚副教授等在《Nano Lett.》期刊发表名为“Laser Processing of Crumpled Porous Graphene/MXene Nanocomposites for a Standalone Gas Sensing System”的论文，研究报告了皱巴巴的石墨烯/ MXenes纳米复合泡沫的低成本和可扩展的激光划线，将可拉伸的自充电功率单元与气体传感器相结合，以实现完全集成的独立气体传感系统。
采用岛桥器件架构设计的皱巴巴的纳米复合材料允许集成的自充电单元有效地将身体运动的动能收集到具有可调电压/电流输出的稳定功率。同时，考虑到可拉伸气体传感器的大响应为约1%ppm–1，对NO2/NH3的检测限为约5 ppb，集成系统提供呼出的人类呼吸和当地空气质量的实时监测。材料和结构设计的创新为可穿戴电子产品的未来发展铺平了道路。
图文导读
图1.基于皱巴巴的多孔石墨烯/MXene纳米复合材料的独立可拉伸气体传感系统
图2、可拉伸石墨烯/MXene基TENG的制备与性能
图3.可拉伸石墨烯/MXene基MSCA的性能表征
图4.石墨烯/MXene纳米复合材料气体传感器的性能评估
图5.演示用于环境监测的独立可拉伸纳米复合材料气体传感平台
小结
皱巴巴的多孔石墨烯/MXene纳米复合材料在TENG中提供了较大的有效摩擦电区，为MSCA中的电离子电荷存储引入了更多的电化学活性位点，并增加了气体分子吸附位点和气体传感的电荷转移过程。除了具有优异性能参数的纳米复合材料外，高度可拉伸的器件通过岛桥和自热设计调制输出性能，为器件制造和未来放大提供了优势。由此产生的集成独立可拉伸设备平台允许在人体皮肤或衣服上的复杂机械变形下，在暴露的局部环境中对人体状况进行自供电和连续监测。这项工作的设计策略和演示为下一代生物集成电子器件的设计、制造和应用铺平了道路，用于健康老龄化和精准医疗。
文献：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00454
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