武科大網(wǎng)訊 近日，我校理學(xué)院教授王玉華團(tuán)隊(duì)在MXene材料的壓敏性能及在壓力傳感器方面的應(yīng)用領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)總結(jié)了MXene材料在多功能壓力傳感器中的研究進(jìn)展，統(tǒng)計(jì)分析了復(fù)合材料設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化對傳感性能的影響。相關(guān)成果發(fā)表于一區(qū)Top期刊《Chemical Engineering Journal》。理學(xué)院應(yīng)用統(tǒng)計(jì)碩士研究生金悅湉為該論文第一作者，王玉華為通訊作者，我校為論文第一單位。

MXene是一種新型二維過渡金屬碳/氮化物，具有高導(dǎo)電性、優(yōu)異的機(jī)械柔性和豐富的表面官能團(tuán)。其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)使其對外界壓力極為敏感，能夠?qū)毫π盘柛咝мD(zhuǎn)化為電阻變化。與石墨烯、黑磷等傳統(tǒng)二維材料相比，MXene在穩(wěn)定性、可加工性方面表現(xiàn)更優(yōu)，尤其在潮濕或高溫環(huán)境下仍能保持性能穩(wěn)定，這為柔性傳感器的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。MXene傳感器在醫(yī)療監(jiān)測、智能穿戴、軟體機(jī)器人等前沿領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

然而，其易氧化、層間堆疊等問題限制了實(shí)際應(yīng)用。研究團(tuán)隊(duì)介紹了MXene與聚合物、金屬衍生物等復(fù)合的策略，并介紹了薄膜、氣凝膠、纖維等多級結(jié)構(gòu)，可以提升傳感器的靈敏度和循環(huán)穩(wěn)定性。還從傳感器的傳導(dǎo)機(jī)制和評價(jià)參數(shù)等方面詳細(xì)介紹了壓力傳感器的性質(zhì)，以及其宏觀結(jié)構(gòu)對其性能產(chǎn)生的影響。基于MXene的壓力傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測人體脈搏、關(guān)節(jié)運(yùn)動等生理信號，并在極端環(huán)境下保持穩(wěn)定性能。

王玉華表示：“我們系統(tǒng)地揭示了MXene微觀結(jié)構(gòu)與宏觀傳感器性能的關(guān)聯(lián)機(jī)制，MXene的復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)壓力傳感性能的定向優(yōu)化。該研究為MXene材料的規(guī)模化生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)，為智能穿戴設(shè)備、軟體機(jī)器人等領(lǐng)域提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。”

該團(tuán)隊(duì)的研究研究不僅揭示了其獨(dú)特的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能對傳感性能的提升機(jī)制，為高性能柔性傳感器的設(shè)計(jì)提供了新思路，還系統(tǒng)總結(jié)了MXene基復(fù)合材料的協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)。這些成果不僅為MXene基壓力傳感器的性能優(yōu)化提供了理論依據(jù)，也為未來研究指明了方向，包括開發(fā)新型MXene復(fù)合材料體系、優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及推動產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究等。（理學(xué)院）