Constructing high-density crack-microstructures within MXene interlayers for ultrasensitive and superhydrophobic cellulosic fibers-based sensors

材料科学 微观结构 复合数 纤维素 复合材料 纳米纤维 导电体 静电纺丝 纤维素纤维 纳米技术 化学工程 纤维 聚合物 工程类
作者
Chao Li,Tongtong Yun,Yehan Tao,Jie Lu,Chaoxu Li,Jian Du,Haisong Wang
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:260: 129488-129488 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2024.129488
摘要

Incorporating biopolymers into two-dimensional transition metal carbides and/or nitrides (2D MXene) has been demonstrated as an effective strategy to improve the mechanical behaviors of MXene-based composites. However, the insulate nature of biopolymers inevitably deteriorated the electrical conductivity and the sensitivity of assembled sensors. Herein, a novel cellulose nanofiber (CNF)/MXene/carbon black (CB) composite was demonstrated as the conductive layer in eco-friendly cellulose paper-based sensors by intercalating the CB into the MXene/CNF interlayer, followed by coating hydrophobic SiO2 for encapsulation. Befitting from the high-density crack-microstructures between CB and MXene, the fabricated superhydrophobic paper CB/CNF/MXene/SiO2 sensor delivered ultrahigh sensitivity of 729.52 kPa−1, low detect limit of 0.29 Pa, rapid response time of 80 ms and excellent stability over 10,000 cycles. Moreover, the fabricated sensor was capable of detecting the physiological parameter of human (e.g. huge/subtle movements) and spatial pressure distribution. Furthermore, the presence of SiO2 layer endowed the sensor with superhydrophobic performance (water contact angle ∼158.2 o) and stable electrical signals under high moisture conditions or even under water. Our work proposed a novel strategy to boost the sensitivity of MXene-based conductive layer in flexible electronic devices.
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