顆粒在線訊：水凝膠在柔性傳感器領域得到了廣泛的研究，并已應用于可穿戴電子產(chǎn)品中。然而，由于傳感機制的模糊性，水凝膠的進一步應用受到了限制，基于水凝膠的柔性傳感系統(tǒng)在成本、集成難度和器件制造等方面的多功能化仍然是一個挑戰(zhàn)，阻礙了具體的應用場景。

西北工業(yè)大學、南京工業(yè)大學黃維院士和中國科學技術大學、南京工業(yè)大學朱紀欣教授研制了一種高性價比、結構專業(yè)化、場景適用的直接墨水書寫(DIW)和溶劑置換3D打印技術，制備了具有良好應變和溫度傳感性能的二維(2D)過渡金屬碳化物(MXenes)粘合聚氨酯/聚乙烯醇水凝膠傳感器。在較寬的工作范圍(0~80℃)內，可以實現(xiàn)5.7(0~191%應變)的GF和高溫靈敏度(-5.27%℃-1)。相關研究工作以“ Approaching intrinsic dynamics of MXenes hybrid hydrogel for 3D printed multimodal intelligent devices with ultrahigh superelasticity and temperature sensitivity ”為題發(fā)表在國際著名期刊Nature Communications上。

研究要點

要點1.作者通過研究各組分對機械強度的影響以及MXenes對應變傳感性能的影響，確定了MXenes和甘油的最佳加載量。

要點2.通過打印具有不同結構的特殊圖案的水凝膠，獲得了不同的應變靈敏度，對其詳細的應變和溫度傳感分析，水凝膠傳感器具有優(yōu)良的傳感性能。

要點3.采用有限元分析方法對拉伸過程中的力學行為和應變傳感機理進行了深入研究。首次采用原位溫度依賴拉曼技術揭示了水凝膠傳感器熱致隧道效應的溫度響應機理。

由于靈敏度高、工作范圍寬，該傳感器不僅可用于基于應變響應的人體運動識別，還可用于實現(xiàn)形狀記憶太陽能陣列鉸鏈在航天領域的精確溫度指示。

研究圖文

圖1. MXenes與水凝膠的合成

圖2. 材料的形態(tài)和結構

圖3. 印刷水凝膠的應變傳感性能

圖4. 打印傳感器的溫度響應

圖5. 溫度監(jiān)控系統(tǒng)的建設與運行