中國電子元件行業(yè)協(xié)會
China Electronic Components Association
近日，西華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院彭必友教授團(tuán)隊在多功能濕度和溫度柔性傳感器方面取得研究進(jìn)展，相關(guān)成果以“Aerosol jet printing of polyelectrolyte-modified MXene ink for a multifunctional humidity and temperature flexible sensor”為題，在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域頂級期刊《Chemical Engineering Journal》（IF=13.2）發(fā)表論文。彭必友教授與四川大學(xué)周澤航副研究員擔(dān)任本論文的共同通訊作者，西華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院青年教師黃冰雪博士及2023級碩士研究生吳戍為該論文的共同一作，西華大學(xué)為第一完成單位，四川大學(xué)為第二完成單位。該項研究得到了北京化工大學(xué)有機-無機復(fù)合材料國家重點實驗室開放基金、廣西碳酸鈣資源綜合利用重點實驗室開放項目的資助。
在這項研究中，科研團(tuán)隊提出了一種基于聚電解質(zhì)輔助氣溶膠噴射打印（AJP）技術(shù)，成功制備出可用于實時監(jiān)測溫度和濕度的MXene基柔性可穿戴傳感器。該技術(shù)通過聚電解質(zhì)海藻酸鈉（SA）修飾的MXene油墨與殼聚糖（CS）基底間的靜電相互作用，構(gòu)建了高密度、高穩(wěn)定性的MXene納米片導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了納米片缺陷的最小化封裝。研究表明，嵌入的SA分子不僅顯著優(yōu)化了AJP打印工藝質(zhì)量，更通過調(diào)控MXene層間間距及表面官能團(tuán)狀態(tài)，同步提升了MXene/SA復(fù)合結(jié)構(gòu)對溫度和濕度的傳感靈敏度。
最終制備的MXene/SA@CS柔性傳感器展現(xiàn)出卓越的綜合性能：其溫度靈敏度系數(shù)（TCR）達(dá)1.08% ℃?1，較傳統(tǒng)MXene墨水基傳感器提升103%；在人體呼氣檢測中實現(xiàn)357%的電阻響應(yīng)幅值，伴隨0.30秒極速響應(yīng)時間和2.00秒恢復(fù)時間。尤為重要的是，基于CS基底的MXene/SA復(fù)合結(jié)構(gòu)不僅表現(xiàn)出優(yōu)異的生物相容性，更通過原位抗菌特性為可穿戴健康監(jiān)測設(shè)備構(gòu)筑了生物安全屏障。作為技術(shù)驗證，研究團(tuán)隊開發(fā)了非接觸式濕度調(diào)控系統(tǒng)，成功實現(xiàn)LCD顯示器的智能調(diào)制，充分展現(xiàn)了該傳感器在人機交互領(lǐng)域的革新應(yīng)用潛力。這項工作開創(chuàng)性地融合了氣溶膠噴射打印技術(shù)與界面工程策略，為構(gòu)建高性能、長壽命的柔性MXene基傳感器提供了全新范式，對先進(jìn)可穿戴電子設(shè)備的研發(fā)具有重要指導(dǎo)價值。
