传感/功能油墨 | 电子科大王焱SAB | 印制组装氧化稳定MXene柔性器件用于高性能湿度传
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近日，电子科技大学王焱课题组在国际知名期刊Sensors and Actuators B: Chemical上发表题为“Printing Assembly of Flexible Devices with Oxidation Stable MXene forHigh Performance Humidity Sensing Applications”的文章。该工作提出了一种抗坏血酸钠表面修饰的MXene（SA-MXene）复合材料，讨论了基于该复合材料的功能油墨所展现出的良好稳定性和抗氧化性，介绍了结合丝网印刷技术印制所组装的柔性器件在高性能湿度传感方面的应用。
研究速览
过渡金属碳化物和碳氮化物MXenes由于其化学活性表面上丰富的亲水活性位点，已发展成为具有吸引力的湿度敏感纳米材料。然而，MXenes在潮湿空气或水中表现出的低稳定性限制了它们的长期储存和广泛应用。这项工作提出了一种抗坏血酸钠表面修饰的MXene（SA-MXene）复合材料，它将抗坏血酸离子与通过最小密集层分层（MILD）工艺合成的Ti3C2TxMXene相结合。用抗坏血酸钠对MXene进行合成和修饰以获得SA-MXene已被证明是避免Ti3C2Tx MXene材料被氧化的可行方法。所制备的SA-MXene复合材料被配制成丝网印刷油墨，尽管在环境温度下储存30天后仍具有较高的稳定性和抗氧化性。此外，通过丝网印刷技术，将SA-MXene油墨作为湿度敏感层组装在由无电沉积（ELD）工艺制备的叉指电极上以形成柔性湿度传感器。因此，SA-MXene传感器在湿度传感方面显示出显著潜力，具有超高的相对电容响应（131.4%，对应于97% RH）和在宽检测范围内的快速响应时间。这项工作代表了开发SA-MXene以制造基于MXene的高灵敏度传感器的有前景的策略。
研究要点
研究要点1：
本文通过抗坏血酸钠表面修饰MXene以获得SA-MXene复合材料，证明了是避免Ti3C2Tx MXene材料氧化的可行方法，进一步将SA-MXene配制成适合丝网印刷的功能油墨，在环境温度下储存30天后仍具有高稳定性和抗氧化性。
研究要点2：
本文详细讨论了通过印刷组装的柔性SA-MXene传感器在湿度传感方面显示出的良好性能，具有超高的相对电容响应、在宽检测范围内的快速响应和抗弯曲性能。SA-MXene传感器可以记录与人类语言和呼吸的实时监测相对应的湿度波动，表明制备的湿度传感器在基于湿度变化的监测系统中具有潜在的应用。
图 1. SA-MXene复合材料的合成以及结合丝网印刷在铜质叉指电极图案上组装湿度传感器的制备过程示意图。
图 2. (a)制备的SA-MXene油墨的实物图；(b)SA-MXene 油墨粘度与剪切率的函数关系图；(c)SA-MXene 油墨存储模量和损失模量与应力的关系图；(d)丝网印刷得到的图案。
图 3. (a)SA-MXene传感器在不同湿度条件下的电容响应；(b)SA-MXene传感器的灵敏度与相对湿度的关系；(c)SA-MXene传感器在11% RH和97% RH湿度条件之间的响应和恢复曲线；(d)SA-MXene传感器在11% RH和97% RH之间5个循环的动态响应曲线；(e)不同弯曲角度下SA-MXene传感器的电容变化；(f)SA-MXene传感器在人们交谈时能够实时监测对不同音节的湿度波动。
