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聚酰亚胺纳米纤维/MXene复合气凝胶,压力传感、油水分离两不误!

发表时间:2021/1/27

随着人工智能的迅猛发展,高性能的压力传感器在人造假肢、智能机器人、电子皮肤和可穿戴电子等方面应用广阔。基于传统金属和无机半导体材料的压力传感器灵敏度高、响应快、稳定性好,但是传感范围有限,柔韧性差,且制备复杂,成本高昂。

而基于导电聚合物复合材料(conductive polymer composites,CPC)的压阻式压力传感器,结构简单、柔韧性好且便于收集信号。施加外部压力的情况下,会立刻引起导电聚合物复合材料内部导电网络的重新排列,从而导致电阻的变化。而具有典型三维结构的导电聚合物复合材料由于其低密度、高孔隙率和良好的弹性被认为是压阻式传感器的理想选择。

近日,郑州大学团队与中科院北京纳米能源与系统研究所合作,通过冷冻干燥和热亚胺化工艺,研制出具有典型“层状支撑(layer-strut)”的多级纳米纤维结构的导电聚酰亚胺纳米纤维(PINF)/MXene复合气凝胶。得益于PINF和MXene之间的多孔结构和牢固的结合,该复合气凝胶的密度低至9.98 mg□cm-3,可承受-50 ~ 250℃的恶劣温度,高达90%的应变,以及超过1000次循环的抗疲劳能力。用作压敏电阻传感器时,感应能力可达85.21 kPa(对应90%的应变),表现出超低的检测极限0.01 kPa(对应0.5%的应变),超过1000个周期抗疲劳特性以及极端环境下优秀的稳定性和再现性。此外,复合气凝胶的疏水性和多级孔状结构还具有良好的油水分离性能,吸附量高达55.85 ~ 135.29 g□g-1,可循环利用。该研究有望为人体运动/物理信号检测和高效的油水分离提供一种新型多功能平台,并以“Lightweight, Superelastic, and Hydrophobic Polyimide Nanofiber/MXene Composite Aerogel for Wearable Piezoresistive Sensor and Oil/Water Separation Applications”为题发表在最新一期的《Advanced Functional Materials》上。


PINF/MXene复合气凝胶制备


PINF/MXene复合气凝胶的形貌与结构


PINF/MXene复合气凝胶的力学与电学性能



PINF/MXene复合气凝胶的压感特性及其实时检测功能


PINF/MXene复合气凝胶油水分离功能


文章题目:Lightweight, Superelastic, and Hydrophobic Polyimide Nanofiber /MXene Composite Aerogel for Wearable Piezoresistive Sensor and Oil/Water Separation Applications

全文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202008006


(来源:纺织导报官微)