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新型多級(jí)納米通道MXene復(fù)合氣凝膠,可實(shí)現(xiàn)超靈敏壓力檢測(cè)

MEMS ? 來源:麥姆斯咨詢 ? 作者:麥姆斯咨詢 ? 2022-04-02 09:50 ? 次閱讀
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人工智能、智能醫(yī)療、機(jī)器人等尖端領(lǐng)域,對(duì)細(xì)微機(jī)信號(hào)的精準(zhǔn)檢測(cè)需求非常廣泛。壓阻式壓力傳感器作為關(guān)鍵的傳感檢測(cè)技術(shù)之一,其豐富的敏感材料選擇和簡單的制備工藝,為它賦予了廣闊的發(fā)展空間。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道,近期,來自南開大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和武漢大學(xué)的研究人員共同合作,利用MXene與超柔性聚硅氧烷(PGPDMS)交聯(lián)形成具有多級(jí)納米通道結(jié)構(gòu)的復(fù)合氣凝膠(以下簡稱:MXene復(fù)合氣凝膠),可作為壓阻材料進(jìn)行超靈敏壓力檢測(cè),并且具備超低的檢測(cè)限和快速的響應(yīng)及恢復(fù)時(shí)間。該研究成果已發(fā)表于Nature Communications期刊。

在該項(xiàng)研究中,研究人員提出一種新的策略,利用導(dǎo)電MXene納米片和聚硅氧烷構(gòu)建出具有分層多級(jí)蜂窩壁結(jié)構(gòu)的超軟MXene復(fù)合氣凝膠,該氣凝膠具有超低的楊氏模量(約140Pa)、優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性和拉伸彈性(高達(dá)80%)。

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MXene復(fù)合氣凝膠制備過程示意圖

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MXene復(fù)合氣凝膠的結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能


基于MXene復(fù)合氣凝膠的壓阻式壓力傳感器在感測(cè)細(xì)微的機(jī)械信號(hào)方面具有顯著的優(yōu)勢(shì),可以檢測(cè)到最低0.0063Pa壓力信號(hào),在0-0.02Pa超低壓力范圍內(nèi)的檢測(cè)靈敏度超過1900kPa?1,且具有優(yōu)異的傳感穩(wěn)定性,經(jīng)過1萬次壓縮循環(huán)后,靈敏度仍能保持在1800kPa?1以上。

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對(duì)基于MXene復(fù)合氣凝膠的壓阻式壓力傳感器進(jìn)行細(xì)微壓力傳感性能表征


該MXene復(fù)合氣凝膠由于其優(yōu)異的自愈能力、粘附性能和可穿戴能力,在人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和智能檢測(cè)方面具有巨大的潛力。臨床實(shí)踐中,以非侵入性方式連續(xù)準(zhǔn)確地對(duì)極其微弱的頸靜脈(IJV)脈沖波形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)非常困難。在該項(xiàng)目中,研究人員將基于MXene復(fù)合氣凝膠的柔性壓力傳感器放在志愿者脖子周圍,以非侵入性方式測(cè)量到了頸動(dòng)脈(CA)和頸靜脈的中央血壓波形和脈動(dòng),證明了該傳感器可以為頸靜脈監(jiān)測(cè)提供一種有效的非侵入性方法。

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基于MXene復(fù)合氣凝膠的壓阻式壓力傳感器在檢測(cè)細(xì)微力信號(hào)中的應(yīng)用


該MXene復(fù)合氣凝膠還可以組裝成靈活的壓力傳感陣列,用于各種需要檢測(cè)極弱機(jī)械信號(hào)的尖端應(yīng)用。研究人員構(gòu)建了一個(gè)靈活的5×5壓力傳感陣列,實(shí)現(xiàn)了對(duì)蚊子(約1.75mg)降落、起飛信號(hào)的檢測(cè),并繪制了頭發(fā)(約0.21mg)的靜態(tài)壓力分布,證明了其對(duì)細(xì)微動(dòng)態(tài)或靜態(tài)負(fù)載的高度靈敏性,未來有望在超靈敏觸覺傳感和電子皮膚應(yīng)用中發(fā)揮巨大潛力。

這項(xiàng)研究為開發(fā)具有高靈敏度和低檢測(cè)限的壓阻材料開辟了新的途徑,同時(shí)也為開發(fā)能精準(zhǔn)檢測(cè)超弱機(jī)械信號(hào)的超靈敏傳感器提供了新的思路。

論文信息:

https://doi.org/10.1038/s41467-022-28760-4

審核編輯 :李倩

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原文標(biāo)題:新型多級(jí)納米通道MXene復(fù)合氣凝膠,可實(shí)現(xiàn)超靈敏壓力檢測(cè)

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