强健超弹的蜘蛛网状聚酰亚胺纤维基导电复合气凝胶用于极端温度下的线性压力传感器（英文）

压力传感器是人工触觉感应的基石.尽管人们对高性能压力传感器进行了广泛的研究,但解决传感器的高灵敏度、宽线性响应范围和宽工作温度范围仍然面临巨大挑战.在此,我们创新性地应用三乙胺实现了疏水聚酰亚胺纤维(PIFs)在碳纳米管(CNT)水溶液中的均匀分散,同时纤维的结构不会受到破坏,并利用冻干和热酰亚胺化技术制备了强健超弹的蜘蛛网状(PIF/CNT)导电复合气凝胶.该气凝胶作为压力传感器具有宽线性感应范围(0.01-53.34 kPa)、超低检测限(10 Pa)、高灵敏度(0.507 kPa^-1)、快速响应/恢复时间(85/80 ms)、稳定的快速压缩响应(500 mm min^-1)和优异的抗循环疲劳能力(5000次)等优异的传感性能.有限元分析表明,多级纤维网络有利于相邻的导电纤维之间的接触面积在外部压力下有明显的线性变化,使之表现出优异的线性传感性能.该传感器可用于人体生理和运动信号检测、电子皮肤和智能控制,且在极端温度(-100-300℃)下表现出出色的传感稳定性和热绝缘性,可用于极端太空环境下太空服和月球/火星栖息地充气结构的传感单元.本工...     

ITO纳米晶-植物纤维复合材料的电阻式压力传感器（英文）

可穿戴电子设备因其在机器人触觉、人机交互和脉搏测试等领域具有潜在应用而引起广泛关注.作为一种可穿戴电子设备,柔性压力传感器应该是环保的,而且制造成本低.基于纤维素纸的压力传感器由于其优良的特性,如轻质、无毒或低毒、可降解性和柔韧性,而引起了人们的关注.在此,我们报道了一种基于铟锡氧化物(ITO)纳米晶体和植物纤维复合材料的电阻式触觉传感器.该压力传感器具有宽的检测范围(0-100 kPa)、高灵敏度(464.88 kPa^-1)、快速的响应时间(6.93 ms)和恢复时间(7.18 ms)以及良好的加载/卸载稳定性.我们还展示了该压力传感器用于脉搏测试、呼吸监测、语音识别等各种人体运动检测.结果表明,ITO纳米晶-植物纤维复合材料压力传感器在智能可穿戴电子产品中显示出巨大应用潜力.     

MXene在压力传感中的研究进展

近年来,压力传感器在智能可穿戴纺织品、健康监测、电子皮肤等领域得到了广泛应用。二维纳米材料MXene的出现,为压力传感带来了全新的突破。Ti3C2Tx是压力传感领域研究最多的MXene,具有良好的机械性能、高导电性、优异的亲水性以及广泛的可修饰性,是理想的压力传感材料。因此,近些年研究者们对MXene在压力传感器中的设计和应用进行了大量探索和研究。本文总结了MXene的制备技术和抗氧化方法。同时介绍了基于MXene的微结构设计,包括气凝胶/多孔结构材料、水凝胶、柔性衬底和薄膜。该类设计有利于提高压力传感器的响应范围、灵敏度和柔韧性,促进了压力传感器的快速发展。此外,进一步探讨了MXene压力传感器的工作机制,包括压阻式、电容式、压电式、摩擦电式、电池式和纳米流体式等。MXene以其优异的特性而在各种机制的传感器中得到了广泛应用。最后,对MXene材料的合成、性质以及其在压力传感方面的机遇和挑战进行了展望。     

基于多向冷冻法制备的高灵敏度柔性电容式压力传感器

近年来柔性电容压力传感器因兼具优异的力学性能和良好的灵敏性，广泛应用于医学诊断、电子皮肤、人工智能等重要领域。本文围绕提升电容式柔性传感器的灵敏度为目标，设计了一种基于多向冷冻工艺构筑的三维交联网络结构多壁碳纳米管(MWCNTs)/聚二甲基硅烷(PDMS)海绵为介质层的柔性电容式压力传感器，并对该传感器的制造过程、传感机制、响应性能和人体适用性进行表征。结果表明：通过多向冷冻法可成功构建三维网络结构MWCNTs/PDMS海绵介质层，且此介质层组装的柔性电容式压力传感器具有较高灵敏度(～1.94 kPa^-1)、低检测限(～4 Pa)、快响应时间(～250 ms)、良好稳定性及人体适用性。该柔性传感器在可穿戴电子产品中具有良好的应用前景。     

高强度耐低温纳米纤维素/聚乙烯醇导电复合水凝胶制备及其在柔性传感中的应用

纳米纤维素具有大长径比、较高的弹性模量与比表面积及丰富的表面官能团,是一种优良的纳米增强材料。首先以纳米纤维素(CNFs)为分散介质辅助分散MXene纳米片层,制备CNF-MXene纳米复合物,并通过FTIR与XPS分析CNFs与MXene的相互作用。以此复合物为增强填料,聚乙烯醇(PVA)为基底,制备CNF-MXene/PVA复合水凝胶,进一步通过KOH溶液处理,提高复合水凝胶的力学性能,并赋予复合水凝胶优异的离子导电性。该复合水凝胶表现出优异的力学性能,其拉伸强度与断裂伸长率分别达到255.9 kPa与1098.2%,还具有高电导率(2.38 S/m)、一定的抗冻性能与灵敏的应变/压力响应性。基于该复合水凝胶组装的应变/压力柔性传感器,由于具有极低的检测极限质量(100 mg)与极快的响应时间(225 ms),可以监控脉搏跳动与喉咙发声微小震动引起的压力变化。因此,该复合水凝胶基柔性传感器非常有希望应用于未来新一代可穿戴电子、人机交互等领域。      

高导电性、可回收和抗菌的物理交联聚乙烯醇/壳聚糖-植酸水凝胶用于可穿戴传感器（英文）

导电水凝胶作为可穿戴式传感器满足了机械灵活性和智能感应的基本要求.然而,它们往往遇到一些问题,如良好的机械性能和高导电性之间的不相容性、较差的抗菌能力和难以回收.在此,我们通过简单的冻融方法开发了高导电性物理交联的聚乙烯醇/壳聚糖-植酸(PVA/CS-PA)水凝胶.PA与CS和PVA基质之间的氢键和静电作用不仅赋予了水凝胶适宜的机械性能和良好的延展性,而且还使其具备有意义的可回收特性.此外,由于PA分子的离子传导性和抗菌能力,该水凝胶表现出卓越的导电性(～0.125 S cm^-1)和抗菌活性.这些特殊的性能使基于该水凝胶的可穿戴传感器表现出应变敏感的特性(在200%-420%的应变下,应变系数为7.21),可以监测人体的各种活动.此外,PVA/CSPA溶胶墨水可以在冰浴环境下转变为凝胶状态,这将满足柔性电路的需要,并使可穿戴式传感器更加便携.     

室温下羧甲基纤维素导电水凝胶的快速制备及在柔性应变传感器的应用

导电水凝胶由于具有足够的灵活性、耐用性和功能多样化的独特特性,在柔性应变传感器领域具有巨大的发展前景。然而,制备水凝胶的聚合过程大多耗时、耗能且会使用有毒的交联剂,严重阻碍了其在这一新兴领域的实际应用。文中通过木质素磺酸钠/Fe³⁺组成的新型动态氧化还原体系,以羧甲基纤维素钠(CMC)和丙烯酸(AA)为基本原料,在室温快速制备了具有良好力学性能(拉伸强度435 kPa、断裂伸长率1043%)、较高离子电导率(2.23 S/m)、良好传感灵敏度(GF=2.76)及电自修复能力的CMC/PAA/Fe³⁺导电水凝胶。基于该凝胶所制备的应变传感器可以通过稳定且可重复的电信号检测人体大幅度或细微的运动,展现出了其在个人健康监测、人体运动检测和人机交互中的潜在应用价值。在室温快速制备水凝胶的方法为构建用于各种传感应用的导电水凝胶提供了新的思路。     

聚(丙烯酰胺-共聚-苯并-18-冠-6丙烯酰胺)凝胶光栅构建及冠醚含量对铅离子检测性能的影响

通过微接触复刻技术制备了具有优良Pb²⁺检测性能的聚(丙烯酰胺-共聚-苯并-18-冠-6丙烯酰胺)(PAB)凝胶光栅。该凝胶光栅的高度可随着溶液中Pb²⁺浓度的变化而变化。通过优化PAB凝胶光栅中的冠醚含量发现，当冠醚含量为20%(摩尔分数)时，凝胶光栅可展现出最佳的Pb²⁺检测性能。该PAB凝胶光栅可实现对水体中Pb²⁺的高灵敏、快速、高选择性和重复性检测，其检测限可低至10^-9mol/L,响应时间仅为4min。因此，该凝胶光栅系统在灵敏快速地检测水体中Pb²⁺方面具有重要的应用前景。     

石墨烯/卟啉复合气凝胶的制备与性能研究

石墨烯气凝胶既有石墨烯材料固有的柔性及优异的电学、力学性能，同时又具有高比表面积、低密度、大孔隙率等特点，其独特的三维结构有利于引入其他功能材料，从而赋予复合材料更为优异的性能。原卟啉分子具有高度共轭结构，并且与金属离子配位结合后可发挥催化功能。鉴于此，本工作利用原卟啉分子与石墨烯片层的π-π相互作用，在石墨烯气凝胶上组装一定浓度的原卟啉分子，从而制备了石墨烯/卟啉复合气凝胶材料。该方法工艺简单，容易操作。本工作分析了复合气凝胶材料的微观形貌和成分组成，研究了原卟啉分子的组装对石墨烯气凝胶导电性能的影响，以及石墨烯/卟啉复合气凝胶对硝酸根离子(NO₃^-)的检测作用。研究结果表明所制备的复合材料具有均匀的三维多孔结构，原卟啉分子的引入可以显著降低石墨烯气凝胶的电阻，而三维气凝胶结构可以有效地实现原卟啉与石墨烯的复合并实现对NO₃^-的灵敏检测。     

芳纶纳米纤维负载纳米银/二硫化钼复合气凝胶的制备及其光热性能研究

气凝胶以轻质、多孔、隔热等特性成为太阳能界面蒸发的理想基体。以芳纶纳米纤维(ANFs)为基体，通过共混掺杂和原位生长方法，制备了ANF载纳米银/二硫化钼(AgNPs@ANF/MoS₂)复合气凝胶。形貌、结构和性能分析结果表明：复合气凝胶为狭缝型多级孔结构，具有优异的压缩回弹性、低热导率[0.03W/(m·K)]和有效的光吸收(可见光区94.7%)。在5个太阳光照射下，表面温度最高可升温至67.5℃,蒸发速率高达13.9kg/(m²·h),具有非常优越的收集和转化太阳辐射的能力，同时验证了AgNPs@ANF/MoS₂复合气凝胶拥有优异的染料废水净化能力。     

高灵敏度,超宽响应范围,环境耐受性高的多模式离子凝胶基传感器（英文）

近年来,离子类皮肤传感器因其高性能和良好的兼容性等优点而备受关注.然而,开发一种多功能、稳定、高灵敏度和耐用的离子类皮肤传感器仍面临挑战.本文通过简单的紫外引发聚合制备了具有良好耐用性、环境(抗冻、耐真空)稳定性、离子导电性、自愈性、高粘附性和拉伸性的复合离子凝胶.该离子凝胶可以组装为应变、压力和温度传感器,用于检测外部环境的变化.无论是作为应变传感器还是压力传感器,离子凝胶基传感器都具有高灵敏度(GF=14.7)、宽响应范围(1%-1600%)、快速响应时同(95.8 ms)、优异的稳定性和可重复性(1000次).因此,它不仅可以追踪关节运动,还可以监测细微的表情变化(皱眉).该离子凝胶还可以组装成敲击传感器和高精度书写板传感器,用于信息传递.此外,该传感器对温度变化具有较高的灵敏度,温度感知范围在0-120℃之间,且检测阈值较低(0.1℃).因此,基于离子凝胶的传感器有望应用于多功能电子和传感设备.     

钴基金属化合物气体传感器研究进展

随着经济的发展和进步,钴基复合金属化合物因其优异的电化学性能在气敏传感器领域受到了广泛的关注。对于气敏传感器,它具有灵敏度高、反应迅敏、携带方便、价格低廉等优点。本文总结了研究人员通过不同方式制备出的形貌不同的钴基复合金属化合物,并研究其对于NO₂、乙醇、三乙胺表现出的气敏响应。结果表明,形貌不同的钴基复合金属化合物对气体传感器的检测限、工作温度、灵敏度、选择性等指标均有重要的影响。     

聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/MXene复合材料的制备及电容性能研究

MXene材料具有组分灵活可调、电容量较高等优势在超级电容器储能领域备受关注。采用电化学法制得聚3, 4-乙烯二氧噻吩/Nb₂CT_x MXene (PEDOT/MXene)复合电极材料。结果表明,在扫描速率为30 mV·s^-1时,PEDOT/MXene的面积比电容可达250.21 mF·cm^-2,当电流密度从0.1 mA·cm^-2增加到5 mA·cm^-2时,PEDOT/MXene的面积比电容保持率为83.5%,远优于PEDOT的64.1%,并且在100 mV·s^-1的扫描速率下循环测试1 000次后初始电容保持率可达84%,表现出良好的倍率性能和稳定性。工作为基于MXene基材料构筑高性能电化学储能界面提供了一定的借鉴。     

纸基碳纳米管薄膜/叉指结构的超灵敏宽量程压力传感器（英文）

柔性压力传感器因其在可穿戴设备和人机交互界面中的潜在应用而备受关注.特别是在实际应用中,人们对具有高灵敏度、宽测量范围和低成本的压力传感器有很大需求.基于此,我们研制出了一种测量范围宽的超灵敏压力传感器.该传感器是以碳纳米管(CNT)均匀溶液直接喷在纸表面作为敏感材料,用光刻技术制成的叉指电极为结构.由于CNT大的比表面积、纸的多孔结构以及CNT与叉指电极有效接触的协同作用,压力传感器实现了从0到140 kPa的宽测量范围,并在15,000个测试周期内表现出良好的稳定性.对于纸基碳纳米管薄膜/叉指状结构(PCI)压力传感器,敏感材料与叉指电极之间的连接区域在较小的压力范围内占主导地位,而敏感材料的内部变化在大的压力区域起主导作用.此外PCI压力传感器不仅具有2.72 kPa-1(直到35 kPa)的高灵敏度,还可以检测小重量,如一颗绿豆(约8 Pa).当压力传感器贴附到人体表面时,可以监测生理信号,如手腕运动、脉搏跳动和语音识别.此外,压力传感器的阵列能够识别空间压力分布,有望实际应用于人机交互界面.     

一维Pt/SnO2纳米纤维的制备及NOx气敏性研究

为了制备出室温条件下对NO_x气体具有更高灵敏度和更快响应的传感器纳米材料并研究其气敏性能, 本研究通过高压静电纺丝法制备出一维Pt/SnO₂中空纳米纤维。采用XRD、SEM、TEM等表征手段对其结构和形貌进行研究, 同时进行了NO_x的气敏性能测试并予以探讨。研究结果表明: Pt/SnO₂纳米材料是一维中空管状及类似管状结构; 当Pt掺杂量为0.3wt%、NO_x浓度为9.7×10^-5 (V/V)时, NOx响应最快为11.33 s, 灵敏度最高可达109.6%; 当Pt掺杂量为0.5wt%时, 对NO_x检测限最低浓度可达2.91×10^-6 (V/V)。     

MXene/CNF复合气凝胶的制备及辐射制冷性能研究

目的 探究制备过程中不同MXene含量、预冻温度及方式对MXene/CNF复合气凝胶内部结构和性能的影响。方法 采用原位生成HF刻蚀法和冷冻干燥法制备MXene粉末和MXene/CNF复合气凝胶,采用扫描电镜(SEM)观察刻蚀前后的MXene及–18 ℃、–196 ℃下不同含量MXene经过均相冷冻和定向冷冻的MXene/ CNF气凝胶的微观结构,并测试力学性能、导热率、光谱性能及制冷性能。结果 在相同预冻条件下,气凝胶的密度和力学强度随着MXene含量的增加而下降;随着预冻温度的降低,气凝胶孔隙的尺寸减小且数量增加,CM50-18的孔径在103 μm左右,而CM50-196具有最小的孔径,为25 μm左右。与普通均质冷冻相比,定向冷冻制备的气凝胶的导热率更低,并且随着MXene含量的增加,导热率增大。在80 ℃加热条件下其表面温度最多能降低33.4 ℃,制冷性能优异。而样品的表面平均温度随着MXene含量的增加而上升。不同MXene含量的气凝胶对太阳光的平均吸光度能达到0.95以上,对波长为400 nm、874 nm以及1 800 nm以上的光的吸光度能达到1。结论 通过定向冷冻制备的MXene/CNF的力学性能、光谱性能、制冷性能有所改善。     

新型二维材料MXene的气敏性能研究进展

MXene是一种新型二维过渡金属碳化物/氮化物。作为二维材料,MXene具有大的比表面积和丰富的表面官能团,表面容易吸附气体分子,且吸附的气体分子会影响材料的导电性能。因此,MXene可以用来作为新型气敏材料。从理论到实验的角度综述各种MXene（Ti₃C₂ MXene、V₂C MXene、Mo₂C MXene等）的气敏性能以及气敏应用,归纳不同MXenes对气体的响应特性,分析MXene的气敏机理,总结MXene作为气敏材料的优势和缺点,展望MXene在气体传感器领域的未来应用前景。     

氧化锆掺杂铝硅复合气凝胶耐热性能研究

采用正丁醇锆作为锆源,通过溶胶凝胶法以及超临界乙醇干燥制备氧化锆气凝胶,并使用仲丁醇铝以及二甲基二乙氧基硅烷对其掺杂制备Zr-Al以及Zr-Si复合气凝胶,利用FESEM、XRD、FT-IR以及比表面积和孔结构分析仪对气凝胶形貌、尺寸和结构进行表征。结果表明复合铝后的气凝胶密度从0.393 g/cm³降低到0.147 g/cm³,复合硅后的气凝胶比表面积从178 m²/g上升到394 m²/g,耐温性能也显著提高,FESEM照片显示,热处理后Al与Si掺杂的气凝胶形貌变化较小,Zr-Si复合气凝胶在900℃热处理4h之后比表面积仍为168 m²/g,并没有出现ZrO₂的相变。氧化锆气凝胶掺杂铝及硅元素之后,有效抑制氧化锆的相变从而提高其耐温性能。     

轻质可压缩壳聚糖/石墨烯复合气凝胶的制备与性能EI北大核心CSCD

以石墨烯气凝胶(GA)为骨架,向其浇注壳聚糖(CS)醋酸溶液制备出多重网络结构的壳聚糖/石墨烯复合气凝胶(CGA),并探究了气凝胶的微观结构与性能的关系。采用扫描电镜、红外光谱、比表面积分析、热常数分析以及压缩性能测试等方法详细表征了材料的结构和性能。研究发现,杂化气凝胶丰富发达的孔洞结构赋予了材料轻质低密度的特性;多重网络结构的构筑,使材料具有良好的回弹性;CS与GA在界面上交联,使杂化气凝胶的压缩强度由10.02 kPa提高到99.83 kPa,弹性模量由19.75 kPa增加至244.66 kPa。这种有机-无机多重网络结构的设计,提高了GA的可压缩性,解决了GA压缩易破碎的问题。     

轻质可压缩壳聚糖/石墨烯复合气凝胶的制备与性能

以石墨烯气凝胶(GA)为骨架,向其浇注壳聚糖(CS)醋酸溶液制备出多重网络结构的壳聚糖/石墨烯复合气凝胶(CGA),并探究了气凝胶的微观结构与性能的关系。采用扫描电镜、红外光谱、比表面积分析、热常数分析以及压缩性能测试等方法详细表征了材料的结构和性能。研究发现,杂化气凝胶丰富发达的孔洞结构赋予了材料轻质低密度的特性;多重网络结构的构筑,使材料具有良好的回弹性;CS与GA在界面上交联,使杂化气凝胶的压缩强度由10.02 kPa提高到99.83 kPa,弹性模量由19.75 kPa增加至244.66 kPa。这种有机-无机多重网络结构的设计,提高了GA的可压缩性,解决了GA压缩易破碎的问题。