福州大学《Adv Mater》：高导电气凝胶，用于大规模生产高灵敏度定制传感器

成果简介

众所周知，MXene 气凝胶具有良好的电气性能，为开发高灵敏度压力传感器提供了巨大的潜力。然而，由于 MXene 的自组装能力差和亲水性高，阻碍了 MXene 基水凝胶的自然干燥过程，从而限制了其在传感器技术中的大规模应用。本文，福州大学Mingmao Wu、福建师范大学Zhixing Lu等研究人员在《Adv Mater》期刊发表名为“Evolution of Naturally Dried MXene-Based Composite Aerogels with Flash Joule Annealing for Large-Scale Production of Highly Sensitive Customized Sensors”的论文，研究提出了一种石墨烯辅助方法，旨在通过精心设计的预冻技术，结合三维球形大孔结构，调节 MXene 的疏水性并增强其框架强度。

通过这种协同策略，可以制造出各种尺寸的自然干燥 MXene 气凝胶。此外，三维球形大孔结构的整合还提高了气凝胶的弹性和电响应性。因此，气凝胶传感器表现出卓越的性能，包括高灵敏度（1250 kPa-1）、低检测限（0.4 Pa）、宽频率响应范围（0.1-8 Hz）和出色的稳定性（1000 次循环）。事实证明，该传感器能够监测从轻质纸张到人体运动等各种压力信号。此外，定制激光雕刻的应用还赋予了气凝胶独特的功能，例如可压缩性和抗应变性、拉伸性和抗压性，以及风力检测。因此，所提出的方法有望成为一种可扩展的方法，用于大规模生产具有多种用途的气凝胶。

图文导读

图1、SGMA的制备工艺和材料表征

图2、SGMH自然干燥过程的因素调查

图3、SGMA的机械性能

图4、SGMA和LGMA在压缩过程中的弹性机理

图5、SGMA的压阻式传感性能和检测应用。

图6、SGMA适用于压缩敏感和拉伸敏感监测应用以及风向检测应用

小结

通过利用冷冻方法，增强骨架结构和刚度，以及对骨架表面化学成分的细致调整，开发了一种自然干燥方法，用于制备具有三维球形大孔结构的MXene基气凝胶。这种合作策略不仅使各种尺寸的天然干燥MXene基气凝胶成为可能，而且还大大改善了气凝胶的机械性能和电响应。因此，基于SGMA的传感器具有出色的特性，包括高灵敏度、低检测限、宽频率响应范围和出色的稳定性。此外，SGMA的可扩展性使其成为各种应用中监测压力信号的理想实用传感器。此外，结合激光雕刻策略，SGMA可以很容易地设计成各种定制的传感器，具有独特的功能，如可压缩性和抗应力性、可扩展性和抗压缩性，以及微妙的风检测。因此，我们提出的方法显示了一种可扩展的方法的潜力，可用于大规模生产具有多种应用的高导电气凝胶。

文献：https://doi.org/10.1002/adma.202407138