合工大胡穎團(tuán)隊(duì) CEJ：基于MXene異質(zhì)結(jié)構(gòu)的壓電離子傳感器及其可穿戴應(yīng)用
2024-02-02 來(lái)源：高分子科技
人體皮膚通過(guò)離子運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的電位感知外部觸覺(jué)信息。壓電離子（Piezoionic）傳感器作為一種新型的自供電傳感器件，能夠通過(guò)類似的離子遷移將機(jī)械能直接轉(zhuǎn)化為電能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于力學(xué)的感知，并且具有彎曲應(yīng)變方向識(shí)別特性，因而在構(gòu)建模擬天然皮膚感知能力的人工皮膚中具有極大的優(yōu)勢(shì)。然而，受到電極材料特性的影響，目前發(fā)展的離子壓電傳感器仍然存在柔韌性低、電極層與離子聚合物層界面結(jié)合性差等問(wèn)題，導(dǎo)致其輸出電壓較低、循環(huán)穩(wěn)定性較差，限制了離子壓電傳感器的進(jìn)一步發(fā)展。
近日，合肥工業(yè)大學(xué)胡穎研究員團(tuán)隊(duì)，與中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院劉志豪副主任醫(yī)師合作，報(bào)道了一種基于MXene/銀納米顆粒（AgNPs）異質(zhì)結(jié)構(gòu)電極的柔性壓電離子傳感器，并探索了其在人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、醫(yī)療康復(fù)以及人機(jī)交互方面的潛在應(yīng)用。
圖1.壓電離子傳感器的傳感原理與制備
圖2.壓電離子傳感器的表征
該MXene/Ag壓電離子傳感器具有優(yōu)異的傳感性能，在0.7%的彎曲應(yīng)變下可以產(chǎn)生11.1mV的輸出電壓，能夠識(shí)別彎曲應(yīng)變方向，并且在循環(huán)彎曲測(cè)試中表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性（圖3）。基于其優(yōu)異的力-電轉(zhuǎn)化性能，該傳感器可應(yīng)用于人體各關(guān)節(jié)活動(dòng)的可穿戴監(jiān)測(cè)。此外，該傳感器能夠用于指導(dǎo)高質(zhì)量心肺復(fù)蘇（CPR）訓(xùn)練（圖4）。將傳感器集成到手套上，通過(guò)手指有節(jié)奏的彎曲和停頓可以生成相應(yīng)的脈沖和方波電信號(hào)，從而以莫爾斯電碼的形式進(jìn)行信息加密傳遞（圖5）。這些結(jié)果表明，這種柔性可穿戴力學(xué)傳感器在人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)，醫(yī)療健康，人機(jī)交互，信息編碼傳遞等領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
圖3.壓電離子傳感器的傳感性能
圖4.傳感器的可穿戴應(yīng)用
圖5.傳感器在心肺復(fù)蘇指導(dǎo)與信息傳遞方面的應(yīng)用
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138589472400473X
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（責(zé)任編輯：xu）
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