南京大學陸延青教授和孔德圣教授團隊 Nano Lett.：基于裂紋自修復的MXene耐過載應變計
2024-10-14 來源：高分子科技
近年來，柔性可拉伸電子的飛速發展推動了可穿戴設備的蓬勃發展，其中可拉伸應變傳感器在近年來得到了廣泛的研究。其中能夠在小應變下達到高靈敏度的，通常被稱為應變計。傳統的應變計依賴于剛性聚合物基板上的金屬薄膜的壓阻性，它們有限的靈敏度和高剛度使它們與可穿戴應用不太兼容。受到蜘蛛的裂隙器官的啟發，基于裂紋的應變計被認為是一種用于檢測微小變形的高靈敏裝置，但其突出的性能依賴于精細的微觀結構，在實際使用中容易在復雜外力作用下超過其量程范圍，產生不可逆的損傷。目前報道的具有高靈敏度的應變計在實際環境中普遍缺乏魯棒性。
圖1. 柔性應變計的傳感性能
圖2. 柔性應變計的制備與微裂紋設計
圖3. 柔性應變計的耐過載能力
圖4. MXene薄膜的載量調控
圖5. 柔性應變計的應用研究
綜上所述，他們設計了一種基于彈性微裂紋MXene薄膜的柔性應變計，該薄膜可以在過度應變后自愈其傳感特性。制造過程包括將MXenes噴涂到柔軟的硅基板上，然后通過控制拉伸變形產生飽和微裂紋。所得到的裝置在重復變形過程中表現出對微小應變的高靈敏度。由于軟硅基板的彈性恢復，即使在遠遠超出其指定工作范圍的操作后，MXene薄膜也可以恢復其原始的微裂紋形態和傳感能力，使其能夠承受過伸、扭曲、錘擊和汽車滾動。通過對人體運動、生理過程和彎曲物體的監測，進一步證明了彈性微裂紋MXene薄膜的實用性。這樣的設計有效解決了柔性應變片同時提高靈敏度和脆弱性的難題。機械驅動的自愈過程提供了一個可行的途徑，以賦予高靈敏度應變計魯棒性，在柔性可拉伸電子器件領域具有廣闊的應用前景。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c04023
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