离子/MXene水凝胶中的双导电网络在先进传感和电磁屏蔽中的应用

《Journal of Polymer Science》：Dual-Conduction Network in Ionic/MXene Hydrogels for Advanced Sensing and Electromagnetic Shielding

提出“双离子传输通道”（DITC）策略，通过将MXene纳米片和CaCl2 incorporated into PVA水凝胶，建立离子传输通道和电子传导路径，实现高应变灵敏度（1.96）、耐冻性和电磁屏蔽（17.8dB）。该复合层压材料兼具柔韧性、阻燃性和机械形变下的稳定屏蔽性能，适用于智能可穿戴传感器和防护纺织品。

　　

摘要

本文提出了一种创新的“双离子传输通道”（DITC）策略，旨在克服导电水凝胶中高离子导电性与降低的传感灵敏度之间的经典矛盾。通过将MXene纳米片和CaCl₂结合到聚乙烯醇（PVA）水凝胶基质中，该系统同时建立了两个连续的导电网络：一个由非晶聚合物网络中的增大链间间距促进的离子传输通道，以及一个通过氢键连接的MXene纳米片实现的电子传输路径。由此制成的水凝胶具有柔韧性、高应变灵敏度（在100%–700%的应变范围内，其应变灵敏度系数为1.96）和抗冻性。进一步通过逐层添加芳纶无纺布层，制备出具有优异电磁干扰（EMI）屏蔽性能的复合材料，通过介电和导电损耗机制的协同作用，实现了约17.8 dB的屏蔽效率。该复合材料在机械变形下仍保持柔韧性、阻燃性和稳定的EMI屏蔽能力，显示出其在高性能可穿戴传感器和先进防护纺织品应用中的巨大潜力。

图形摘要

本文提出了一种创新的“双离子传输通道”策略，以打破离子导电性与传感灵敏度之间的矛盾。所设计的水凝胶及其复合材料兼具高应变灵敏度、抗冻性和高效的电磁干扰（EMI）屏蔽性能，展现出在可穿戴传感器和防护纺织品领域的巨大潜力。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。