Ultrasensitive strain sensor based on superhydrophobic microcracked conductive Ti3C2T MXene/paper for human-motion monitoring and E-skin

材料科学 标度系数 涂层 复合材料 导电体 扭转(腹足类) 应变计 图层(电子) 纳米技术 光电子学 制作 替代医学 医学 外科 病理
作者
Yibing Bu,Taoyu Shen,Wenke Yang,Shiyin Yang,Ye Zhao,Hu Liu,Yanjun Zheng,Chuntai Liu,Changyu Shen
出处
期刊:Science Bulletin [Elsevier]
卷期号:66 (18): 1849-1857 被引量:272
标识
DOI:10.1016/j.scib.2021.04.041
摘要

With the rapid development of wearable intelligent devices, low-cost wearable strain sensors with high sensitivity and low detection limit are urgently demanded. Meanwhile, sensing stability of sensor in wet or corrosive environments should also be considered in practical applications. Here, superhydrophobic microcracked conductive paper-based strain sensor was fabricated by coating conductive Ti3C2Tx MXene on printing paper via dip-coating process and followed by depositing superhydrophobic candle soot layer on its surface. Owing to the ultrasensitive microcrack structure in the conductive coating layer induced by the mismatch of elastic modulus and thermal expansion coefficient between conductive coating layer and paper substrate during the drying process, the prepared paper-based strain sensor exhibited a high sensitivity (gauge factor, GF = 17.4) in the strain range of 0-0.6%, ultralow detection limit (0.1% strain) and good fatigue resistance over 1000 cycles towards bending deformation. Interestingly, it was also applicable for torsion deformation detection, showing excellent torsion angle dependent, repeatable and stable sensing performances. Meanwhile, it displayed brilliant waterproof, self-cleaning and corrosion-resistant properties due to the existence of micro/nano-structured and the low surface energy candle soot layer. As a result, the prepared paper-based strain sensor can effectively monitor a series of large-scale and small-scale human motions even under water environment, showing the great promising in practical harsh outdoor environments. Importantly, it also demonstrated good applicability for spatial strain distribution detection of skin upon body movement when assembled into electronic-skin (E-skin). This study will provide great guidance for the design of next generation wearable strain sensor.
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