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随着柔性电子器件的高速发展，高密度集成的可拉伸应变传感阵列对于可穿戴电子设备、仿生机器人和植入式医疗设备等下一代智能应用至关重要。具有宽应变范围、高灵敏度、快速响应时间、高稳定性和小传感面积的应变传感单元是构建高时空分辨率应变传感器阵列的前提。然而，目前所报道的应变传感器主要是依赖于基于裂纹机理的导电材料，这类材料在传感面积和性能之间存在固有矛盾。因此，制备同时具有宽应变范围、高灵敏度和小传感面积的柔性应变传感阵列仍面临着巨大的挑战。
成果展示
作者提出了一种新型裂纹调控机制：通过利用S-Ag配位键对传感材料S-MXene/AgNW（S-M/A）传感薄膜的裂纹尺寸、取向进行调控。S-Ag配位键的引入调节了S-M/A传感薄膜的局部应变场，使其可以形成高密度的网状裂纹，平均裂纹尺寸降低至60 µm，平均裂纹间隙降低至1 µm，从而在保证S-M/A传感薄膜具有超高灵敏度和较宽的应变范围的同时，最大限度地缩小传感面积。
该论文报道的基于MXene/银纳米线界面相互作用的应变传感器的传感面积最小可达到0.25 mm2，同时还具有超宽的工作范围（0.001-37%）、超高的灵敏度（0.001%应变时的敏感系数约为500，35%应变时的敏感系数大于150000）、快速响应时间（约为5 ms）、低滞后和出色的长期稳定性（在15%的应变下可拉伸-释放循环超过1000 次）。
该工作以“Ag-Thiolate Interactions to Enable an Ultrasensitive, Stretchable, and Minimal Strain Sensor with High Temporospatial Resolution”发表在Nat. Commun.。
创新点
提出了一种裂纹调控机制，通过采用γ-巯丙基三乙氧基硅烷对MXene进行改性处理，得到巯基封端的MXene（S-MXene）纳米片，在AgNW网络和S-MXene纳米片之间引入强、动态和可逆的S-Ag配位键，使S-M/A柔性应变传感器在拉伸过程中产生密集的网状裂纹，从而克服了基于裂纹机理的柔性应变传感器中常见的传感尺寸与传感性能之间的固有矛盾，实现了具有宽应变范围、超高灵敏度、低滞后、快速响应、长期稳定性以及低至0.25 mm2传感面积的柔性应变传感器。
数据展示
图1.在S-M/A传感薄膜中引入S-Ag配位键
图2. S-MXene和S-M/A薄膜的表征
图3. S-M/A传感器的应变传感性能
图4. S-M/A传感器与其他文献的性能对比
图5. S-M/A传感薄膜的裂纹调控机制
图6. 将S-M/A 传感器阵列应用于脉搏信号测量
成果启示
作者提出了一种分子级的裂纹调控策略，通过在S-MXene纳米片和AgNW网络交替层组成的无机基质导电薄膜中引入强、动态、可逆的S-Ag配位键，制备了一种可拉伸、超灵敏、基于最小裂纹的应变传感器。
研究团队 | 作者
酥鱼 | 编辑
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