具有长循环稳定性及宽拉伸应变范围内抗腐蚀性能的CNT@Ag-MXene/EG多层传感复合材料

《npj Flexible Electronics》：CNT@Ag-MXene/EG multi-layered sensing composite with long cyclic stability and corrosion resistance over a wide tensile strain range

　　

摘要

本研究通过开发多层复合结构，解决了压阻式应变传感器在长期稳定性、工作范围及灵敏度方面的关键问题。该传感器采用碳纳米管@银纳米粒子-MXene（CNT@AgNPs-MXene）与膨胀石墨（EG）构成的双重传感层构建平行电路，利用膨胀石墨较大的层间距所带来的层间滑动与恢复特性，并将其与热塑性聚氨酯（TPU）支撑层结合。这种设计提供了互补的电流路径，当某一层出现故障时，另一层可承担功能。由此形成的CNT@AgNPs-MXene/EG/TPU三层结构（双重传感层加TPU支撑层）能够在150,000次循环后仍保持稳定，其工作范围为630%（机械应力下为709%），最大应变灵敏度可达4091.74。相比之下，EG/TPU双层结构（单层膨胀石墨加TPU支撑层）也能在150,000次循环后保持稳定，其最大应变灵敏度更高，为16083.30，但工作范围更窄，为245%。因此，这两种传感器各具优势：双层结构擅长检测微小动作，而三层结构则更适用于大应变场景。这两种传感器均能可靠地监测各种人体动作，并在恶劣环境（如淡水、汗液、碱性/酸性环境）中保持长期稳定性。这项研究为开发高性能、耐用的恶劣环境用传感器提供了新思路。