《Composites Part A》：冷冻干燥辅助沉积竖立状MXene薄片——助力高灵敏度、快速人体运动检测

Compressible and Robust PANI Sponge Anchored with Erected MXene Flakes for Human Motion Detection

Kangqi Chang, Le Li, Chao Zhang, Piming Ma, Weifu Dong, Yunpeng Huang*, and Tianxi Liu*

Composites Part A 2021, DOI: 10.1016/j.compositesa.2021.106671

高性能柔性应力/应变传感器是医疗器械、人机交互、软体机器人、电子皮肤等柔性电子器件的重要组成部分。近年来，基于各种导电材料、纳微结构和传感机制的高柔性、可穿戴式应力/应变传感器成为研究热点。其中，基于导电多孔海绵的压阻型应变传感材料由于其良好的力学性能、优异的传感性能、成本低廉等特点，成为制备柔性、可穿戴应变传感器的理想材料。然而，压阻式应变传感器要同时获得宽响应范围和高灵敏度仍然是一个巨大的挑战。

鉴于此，江南大学纳米复合与能源材料研究中心刘天西教授课题组报道了一种高压缩、高灵敏、快速响应和优异稳定性的MXene/聚苯胺复合海绵应变传感材料。该工作首先使用原位聚合法将聚苯胺（PANI）负载于密胺海绵上制备三维导电基体，接着采用冷冻干燥辅助沉积的方法，巧妙地将MXene薄片垂直定向固定在弹性海绵骨架上，构筑了高可压缩的MXene/PANI复合海绵。得益于PANI导电层提供的稳定三维导电网络，以及竖立状MXene薄片在微小形变下的快速电接触，该MXene/PANI复合海绵用作柔性应变传感器时显示出高灵敏度（0.31 kPa^-1），宽工作范围（0-23 kPa），低检测限（256.3 Pa），快速响应和回复性能（80 ms/130 ms），以及良好的耐久性（5000次循环）。此外，以其组装的可穿戴传感器还可以实时、无线检测各种生理活动（如语音识别、吞咽动作、关节运动等），展示出MXene/PANI复合海绵在低成本、高性能可穿戴应变传感领域的巨大潜力。江南大学2020级博士生昌康琪为文章的第一作者。

MXene/PANI复合海绵应变传感器的构筑及传感机理示意图