Evolution of Naturally Dried MXene‐Based Composite Aerogels with Flash Joule Annealing for Large‐Scale Production of Highly Sensitive Customized Sensors

材料科学 气凝胶 纳米技术 多孔性 压力传感器 复合数 自愈水凝胶 制作 复合材料 机械工程 医学 工程类 病理 高分子化学 替代医学
作者
Wenqi Zhu,Yuhang Zhuang,Jianqiang Weng,Qinzhui Huang,Guobin Lai,Liuyan Li,Meixin Chen,Kailai Xia,Zhixing Lu,Mingmao Wu,Zhigang Zou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (33): e2407138-e2407138 被引量:28
标识
DOI:10.1002/adma.202407138
摘要

MXene aerogels, known for good electrical properties, offer immense potential for the development of high-sensitivity pressure sensors. However, the intrinsic challenges stemming from the poor self-assembly capability and high hydrophilicity of MXene impede the natural drying process of MXene-based hydrogels, thereby constraining their application on a large scale in sensor technology. Herein, a graphene-assisted approach aimed at modulating the hydrophobicity and enhancing framework strength of MXene through a well-designed prefreezing technique incorporating 3D spherical macroporous structures is proposed. This synergistic strategy enables the fabrication of naturally dried MXene aerogels across various size scales. Moreover, the integration of 3D spherical macroporous structures improves elasticity and electrical responsiveness of aerogels. Consequently, the aerogel sensor exhibits great performances, including high sensitivity (1250 kPa-1), low detection limit (0.4 Pa), wide frequency response range (0.1-8 Hz), and excellent stability (1000 cycles). This sensor proves adept at monitoring pressure signals ranging from lightweight paper to human motion. Additionally, the application of customized laser engraving endows aerogels with unique functionalities, such as compressibility and immunity to strain, stretchability and resistance to compression, as well as wind detection. Thus, the proposed approach holds significant promise as a scalable method for the mass production of aerogels with versatile applications.
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