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材料资讯:中科院上海硅酸盐所黄富强/任大勇团队:超薄 Mo2S3 纳米线网络打造高灵敏度透气压阻电子皮肤
奇材馆 / 2023-03-04     阅读次数:427

随着仿生学的不断进步和人们对健康的不断需求,压阻型传感器由于其高灵敏度、快速响应、简单结构和可靠稳定性而受到广泛关注,而柔性压电传感电子皮肤(e-skins)就是其中一种,因其在实时人体健康监测、人机交互和软仿生机器人感知中的应用而变成热门研究。但目前来看,压阻型传感器也存在很多弊端,对于柔性压电传感电子皮肤来说,现在的技术很难同时满足检测微弱生理信号(小压力)、运动信号(大压力)和长期可穿戴的多种需求。具有高灵敏度、生物亲和性和良好渗透性的压电传感电子皮肤的制造具有挑战性。

据已有的研究报道,纳米网膜是一种有希望同时满足上述需求的构型,毕竟在压阻型传感器中,作为实现力-电转化的功能部件的机电传感层才是解决问题的关键。在研究中发现,金属纳米线、碳纳米管和石墨烯由于其优异的机械柔性和导电性而被用于构建纳米网膜,最近,二维过渡金属碳化物和氮化物(MXene)也被引入其中作为新型机电传感层。与二维材料相比,一维纳米线具有更高的长径比、更好的机械弹性和更大的比表面积,更有利于其作为机电传感层。过渡金属硫化物纳米线是一类一维材料,其具有高长径比、高电导率、高模量和良好的生物相容性,已广泛应用于光电、储能等领域,但其在柔性电子领域的应用却鲜有报道。

基于此,中国科学院上海硅酸盐研究所黄富强教授&任大勇团队通过在二维半导体MoS2层间引入富电子的一维1 [Mo2+S]链,并通过熔融盐和结构导向剂的辅助制备出了高电导率(4.9×104 S m1)和高长径比(200)的Mo2S3纳米线材料。使用简单的液/液界面自组装方法制造了超薄(~500 nmMo2S3纳米线网络,压阻灵敏度(5.65 kPa –1),相当低的压力检测限(0.08 Pa),并且令人满意的透气性。相关成果发表在《ACS Nano》上。

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经过研究发现,Mo2S3纳米线网膜被用作柔性压力传感器有如下的优势,第一在于将网膜暴露空气中一个月测试发现无明显的电阻衰减,证明了其本征耐候性好,第二在于将纳米线网膜穿戴身上24h,检查皮肤未明显的红肿或发炎,证明其具有很好的生物安全性,第三在于超薄结构使得它能够很好地贴附皮肤纹路,保证了网膜具有良好的透气性,当然最重要是检测的灵敏度,在0.08 Pa2000 Pa之间的压力,纳米线网膜可以迅速感应,其灵敏度很高。

 

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此外,这种纳米线网络可以直接附着在人体皮肤上,用于实时人体脉搏检测、手指运动监测和手语识别,在健康监测和人机交互方面展现出卓越的潜力。

 

  论文题目:thin Mo2S3 nanowire network for high-sensitivity breathable piezoresistive electronic skins

  论文链接: https://doi.org/10.1021/acsnano.2c11564

 

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