成果简介
柔性应变传感器因其卓越的拉伸性、柔韧性、皮肤适形性和超强的传感能力，在健康监测、人机交互和电子皮肤等领域备受关注。尽管最近取得了一些进展，但开发兼具高灵敏度、宽应变范围和强大稳定性的高性能应变传感器仍然是一项重大挑战。为了克服这一难题，本文，辽宁大学Zhenming Chu、Zhenming Chu等研究人员在《Chemical Engineering Journal》期刊发表名为“Thickness-induced gradient micro-wrinkle PDMS/MXene/rGO wearable strain sensor with high sensitivity and stretchability for human motion detection”的论文，研究采用倾斜过滤法和预拉伸技术，创新性地开发出了聚二甲基硅氧烷（PDMS）/MXene/还原氧化石墨烯（rGO）应变传感器。这种传感器具有由厚度变化引起的新型梯度微皱纹结构，从而增强了其应变传感能力，并赋予了其超疏水特性。
材料与微结构之间的协同作用使传感器实现了高灵敏度（测量系数 (GF) 峰值为 136124.40）、宽应变范围（高达 300%）和卓越的稳定性（10% 应变下高达 10500 次循环）。这款应变传感器能够检测从大规模运动到细微刺激等各种人体运动，表面纹理粗糙，表面能量低，具有超疏水和耐腐蚀性能。这些特点使其适合在恶劣环境中使用。梯度微皱纹应变传感器在健康监测、电子皮肤和人机交互领域的实际应用中具有广阔的前景。
图文导读
图1、PMRGW-30应变传感器的制备及雷达图
图2.（a）XRD图谱，（b）拉曼光谱，（c）获得样品的FTIR光谱。（d） rGO和MXene/rGO的XPS调查光谱。（e） MXene和MXene/rGO的Ti 2p光谱。（f） C 1s光谱的比较。
图3.（a） PMRGW-30应变传感器示意图。（b） （c） （d） 第一部分、第二部分和第三部分的放大俯视图SEM表面形态图像。分别在（a）中。（e） PMRGW-30应变传感器的C、O、Ti和Si的顶视图元素映射。（f） MXene/rGO、PDMS和PDMS/MXene/rGO的FTIR光谱。
图4、PMRGW-30应变传感器的超疏水性能
图5.应变传感器的传感特性
图6、PMRGW-30应变传感器的工作机理分析
图7、健康监测应用演示
小结
综上所述，通过倾斜真空过滤和预拉伸方法，制备出了基于 MXene/rGO 复合材料的高性能应变传感器，该材料具有由厚度引起的梯度微皱纹结构。MXene 和 rGO 之间的亲核置换和脱水反应的协同互补效应，再加上梯度微皱纹结构，使应变传感器同时具有高灵敏度（GF = 136,124.40）和宽应变范围（高达 300%）。此外，该传感器还具有超强的稳定性（高达 10,500 次循环）、140 毫秒的快速响应时间和 310 毫秒的恢复时间。它可以检测各种人体运动，包括颈部和肘部运动等大范围运动，以及脉搏和声带振动等细微振动。此外，该传感器还具有出色的超疏水性和耐腐蚀性，因此适用于潮湿、酸碱等恶劣环境。未来，以增强多功能性、数据处理和智能化为重点的研究有望推动柔性应变传感器的发展。将当前新型梯度微皱纹应变传感器与人工智能技术相结合，将使其在各个领域发挥更大的作用，实现更广泛的应用。
文献：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.153684
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