研究背景
2D纳米材料是一种具有原子薄的平面结构的材料，拥有优异的机械柔性和电学性能。然而，在将2D纳米材料应用于柔性可穿戴电子设备时，还存在一些挑战和问题，例如如何有效地功能化2D纳米材料以提高其在设备中的性能，以及如何解决在2D材料之间的相互作用导致的结构-性能关系等问题。为了解决这些问题，一些科学家们进行了研究，并提出了一系列创新性的解决方案。他们尝试通过对2D纳米材料进行功能化或引入缺陷来改善其性能，并探索了不同类型的2D材料在可穿戴设备中的应用。此外，他们还研究了2D纳米材料在能源、医疗健康和显示等领域的潜在应用，并致力于解决材料性能与设备功能之间的关系。这些努力为柔性、可穿戴电子设备的发展提供了新的思路和解决方案。
研究内容
因此，丹麦奥胡斯大学Jing Hu 和Mingdong Dong教授在Journal of Nanobiotechnology期刊发题为“Recent advances in two-dimensional nanomaterials for sustainable wearable electronic devices”的研究综述论文。本研究旨在回顾和总结2D纳米材料在可穿戴电子设备领域的最新研究进展，重点讨论了功能化/缺陷在2D材料中的重要性，不同类型2D材料在可穿戴设备中的应用，以及2D材料的结构-性能关系。此外，本研究还深入探讨了基于2D纳米材料的柔性可穿戴电子器件的新兴应用，并提出了一些解决方案，以应对当前面临的挑战和问题。
图文导读
为了探索二维纳米材料在可穿戴电子设备领域的应用潜力，研究者进行了一系列研究，涵盖了传感、医疗健康、显示、能源等方面。在图1中，他们发现这些多功能纺织品在传感方面表现出色，能够高效检测环境中的各种信号。在图2中，研究者展示了通过Mxene和其他二维纳米材料制备的多功能纺织品，在传感和其他领域的应用潜力。在图3至图6中，他们详细研究了二维纳米材料在传感、医疗健康和显示等方面的作用。特别是，他们发现这些材料在医疗健康领域具有重要应用，能够用于监测和诊断患者的生理指标。此外，在图7和图8中，研究者还探讨了二维纳米材料在能源方面的应用，发现它们具有潜力用于能源转换和储存技术。最后，在图9中，他们呈现了新兴可穿戴电子设备的发展趋势，指出二维纳米材料在这一领域的重要性。相关图文结果如下：
图 1 | 基于石墨烯和二硫化钼的多功能纺织品。
图 2 | 由Mxene和其他二维纳米材料制备的多功能纺织品。
图 3 | 用于传感的二维纳米材料。
图 4 | 用于传感的二维纳米材料。
图 5 | 用于医疗健康的二维纳米材料。
图 6 | 用于医疗健康的二维纳米材料。
图 7 | 用于能源的二维纳米材料。
图 8 | 新兴可穿戴电子设备。
图 9 | 可扩展生产的二维纳米复合柔性织物材料。
结论展望
本文讨论了利用二维纳米材料开发可持续可穿戴能源设备的最新进展。显而易见，全球范围内的研究活动和发表工作迅速增加。总的来说，二维纳米材料在可穿戴设备中作为柔性传感器组件具有理想的特性，包括大的比表面积、高电导率和优异的机械性能。本文回顾了各种二维纳米材料在柔性可穿戴设备中的应用，详细介绍了它们的传感性能和机制。同时，本文还涵盖了基于二维纳米材料的可持续可穿戴能源设备的几个主要应用，如医疗健康、运动检测和电子皮肤，以及用于柔性织物的能源和其复合材料。
结果表明，在二维纳米材料中，MXene和石墨烯具有优异的电导率、柔韧性和机械稳定性，其形态和结构可以调整，使得二维纳米材料在柔性传感器的发展方面具有巨大的潜力。基于二维纳米材料的下一代柔性电子设备的活跃发展和实际应用仍然非常有前景。基于纤维的智能纺织品的发展对未来实现大规模生产和广泛应用的可穿戴电子设备非常重要，然而，这仍然需要走得很远。尽管在创建柔性压阻纳米材料方面取得了显着进展，但在其在可穿戴能源设备中的应用中仍存在一些未解决的问题。
a）2D材料生产对柔性可穿戴设备的挑战：
在2D材料领域，主要障碍在于经济、统一地生产无缺陷的二维薄层。以可调方式合成2D传感材料是困难的。例如，准备具有特定尺寸、表面功能化修饰和任意空间分布的2D纳米片是困难的。现有方法虽然有效，但要么耗时，要么成本高，缺乏用于大规模制备柔性可穿戴能源设备的可扩展性。急需技术以实现这些层的成本效益高、统一的生产，这对于推动柔性能源解决方案的进步至关重要。
b）开发用于柔性压阻传感器的高性能二维纳米材料：
在众多的二维纳米材料中，只有少数适用于柔性压阻传感器。集中精力开发专门用于这些传感器的高性能二维纳米材料至关重要。增强这些材料的性能是必要的，确保它们无缝集成到柔性压阻传感器中以实现最佳性能，从而扩展其应用范围。
c）软身体可穿戴设备中的一致性和准确性：
人体本身柔软，与当前的硬性可穿戴传感器形成了鲜明对比，导致Young模量存在机械不匹配。这种刚度阻碍了形成一致的接触，导致在身体运动期间的位移，并影响数据的准确性。保持生物信息的精度至关重要；不准确性可能使数据无法用于健康评估。克服这一挑战需要开发柔性传感器，可以无缝地贴合人体轮廓，确保准确可靠的数据获取。
d）扩展可穿戴设计和舒适性：
当代的“可穿戴设备”局限于传统的手环、手表、眼镜和耳环等设备。这种有限的设计范围带来了约束，导致了不舒适和笨重的穿戴。这些刚性设备不仅限制了传感器的位置，还限制了舒适地获取读数的时间。可穿戴设计的创新，包括探索新颖的形态和材料，是必要的。采用柔性和符合人体工程学的设计将不仅提高用户舒适度，而且增强可穿戴技术在各种情境中的可用性和接受度。
该工作发表在Journal of Nanobiotechnology上
文章链接：https://doi.org/10.1186/s12951-023-02274-7
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