石墨烯基纖維（GFs）具有出色的機(jī)械柔韌性、導(dǎo)電性和可編織性，因而引起了便攜式、可穿戴電子產(chǎn)品的巨大興趣，這使其在可穿戴電子設(shè)備中非常有用。在這里，我們報(bào)告了通過(guò)可擴(kuò)展的濕紡工藝開(kāi)發(fā)的無(wú)金屬粘結(jié)劑的Ti
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x MXene/石墨烯雜化纖維。這些混合纖維在柔性可穿戴氣體傳感器中具有出色的機(jī)械和電氣性能。MXene/石墨烯的電子性能和氣體吸附能力的協(xié)同效應(yīng)使所產(chǎn)生的纖維在室溫下顯示出較高的NH
3氣體敏感性。與單獨(dú)的MXene和石墨烯相比，雜化纖維表現(xiàn)出顯著改善的NH
3響應(yīng)（ΔR/R
0=6.77％）。雜化纖維還表現(xiàn)出出色的機(jī)械柔韌性，即使在經(jīng)過(guò)2000次循環(huán)彎曲后，其電阻波動(dòng)也很小，僅為±0.2％，并且抗噪聲性也很低，從而可以在變形過(guò)程中進(jìn)行氣體傳感。此外，將柔軟的MXene/石墨烯雜化纖維編織到實(shí)驗(yàn)室外套中，證明了它們?cè)诳纱┐髟O(shè)備中的巨大潛力。我們認(rèn)為2D混合材料的這些令人興奮的功能將為設(shè)計(jì)下一代便攜式可穿戴式氣體傳感器提供一條新穎的途徑。
Figure 1. MXene單層的2D形態(tài)的（a）SEM和（b）AFM圖像；（c）MXene和GO的ζ電勢(shì)與pH的關(guān)系；沉積在SiO
2/Si襯底上的MXene和GO分散體的（d）SEM圖像和（e）AFM形貌；（f）MXene/GO在同一區(qū)域中的導(dǎo)電AFM映射。
Figure 2. （a）MXene/GO混合纖維紡絲過(guò)程的示意圖；（b）MXene/GO凝膠纖維從噴嘴到熔池的狀態(tài)照片；（c）纏繞的MXene/GO混合纖維的線軸長(zhǎng)1.2 m；（d）MXene/GO纖維（40重量％MXene）的柔軟性和彎曲性照片。
Figure 3. （a）MXene薄膜、rGO纖維和MXene/rGO混合纖維（40 wt％MXene）的氣體響應(yīng)比較；（b）rGO纖維和MXene/rGO混合纖維（40 wt％MXene）的氣體選擇性比較；（c）基于MXene/rGO混合纖維（40 wt％MXene）的傳感器在室溫下，對(duì)不同NH
3濃度在10-50 ppm范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)電阻響應(yīng)，以及（d）MXene和MXene/rGO（40 wt％MXene）的能級(jí)示意圖。
Figure 4. （a）纖維彎曲試驗(yàn)的示意圖；（b）rGO纖維和MXene/rGO混合纖維（40 wt％MXene）的循環(huán)彎曲疲勞度與電阻差；（c）在纖維循環(huán)彎曲過(guò)程中于室溫下暴露于100 ppm的NH
3中，MXene/rGO混合纖維（40 wt％MXene）的電阻變化；（d）將MXene/rGO雜化纖維編織在實(shí)驗(yàn)室涂層中并連接到萬(wàn)用表；（e）MXene/rGO雜化纖維（40 wt％MXene）織成的實(shí)驗(yàn)室外套中，100 ppm NH
3分子的氣體響應(yīng)。
相關(guān)研究成果于2020年由漢陽(yáng)大學(xué)Hyoun Woo Kim和Tae Hee Han課題組，發(fā)表在ACS Appl. Mater. Interfaces（doi.org/10.1021/acsami.9b21765）上。原文：Room-Temperature, Highly Durable Ti
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x MXene/Graphene Hybrid Fibers for NH
3 Gas Sensing。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)：
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