Highly Sensitive and Stretchable MXene/CNTs/TPU Composite Strain Sensor with Bilayer Conductive Structure for Human Motion Detection

材料科学 热塑性聚氨酯 标度系数 碳纳米管 复合材料 MXenes公司 复合数 石墨烯 纳米技术 弹性体 制作 医学 病理 替代医学
作者
Hui Dong,Jingchao Sun,Xingmin Liu,Xiaodan Jiang,Shaowei Lu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (13): 15504-15516 被引量:243
标识
DOI:10.1021/acsami.1c23567
摘要

The universal application of wearable strain sensors in various situations for human-activity monitoring is considerably limited by the contradiction between high sensitivity and broad working range. There still remains a huge challenge to design sensors featuring simultaneous broad working range and high sensitivity. Herein, a typical bilayer-conductive structure Ti3C2Tx MXene/carbon nanotubes (CNTs)/thermoplastic polyurethane (TPU) composite film was developed by a simple and scalable vacuum filtration process utilizing a porous electrospun thermoplastic polyurethane (TPU) mat as a skeleton. The MXene/CNTs/TPU strain sensor is composed of two parts: a brittle densely stacked MXene upper lamella and a flexible MXene/CNT-decorated fibrous network lower layer. Benefiting from the synergetic effect of the two parts along with hydrogen-bonding interactions between the porous TPU fiber mat and MXene sheets, the MXene/CNTs/TPU strain sensor possesses both a broad working range (up to 330%) and high sensitivity (maximum gauge factor of 2911) as well as superb long-term durability (2600 cycles under the strain of 50%). Finally, the sensor can be successfully employed for human movement monitoring, from tiny facial expressions, respiration, and pulse beat to large-scale finger and elbow bending, demonstrating a promising and attractive application for wearable devices and human–machine interaction.
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