Wireless Ti3C2Tx MXene Strain Sensor with Ultrahigh Sensitivity and Designated Working Windows for Soft Exoskeletons

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作者
Haitao Yang,Xiao Xiao,Zhipeng Li,Kerui Li,Nicholas Cheng,Shuo Li,Jin-Huat Low,Lin Jing,Xuemei Fu,Sippanat Achavananthadith,Fan-Zhe Low,Qian Wang,Po-Len Yeh,Hongliang Ren,John S. Ho,Chen‐Hua Yeow,Po‐Yen Chen
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:14 (9): 11860-11875 被引量:140
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c04730
摘要

Emerging soft exoskeletons pose urgent needs for high-performance strain sensors with tunable linear working windows to achieve a high-precision control loop. Still, the state-of-the-art strain sensors require further advances to simultaneously satisfy multiple sensing parameters, including high sensitivity, reliable linearity, and tunable strain ranges. Besides, a wireless sensing system is highly desired to enable facile monitoring of soft exoskeleton in real time, but is rarely investigated. Herein, wireless Ti3C2Tx MXene strain sensing systems were fabricated by developing hierarchical morphologies on piezoresistive layers and incorporating regulatory resistors into circuit designs as well as integrating the sensing circuit with near-field communication (NFC) technology. The wireless MXene sensor system can simultaneously achieve an ultrahigh sensitivity (gauge factor ≥ 14,000) and reliable linearity (R2 ≈ 0.99) within multiple user-designated high-strain working windows (130% to ≥900%). Additionally, the wireless sensing system can collectively monitor the multisegment exoskeleton actuations through a single database channel, largely reducing the data processing loading. We finally integrate the wireless, battery-free MXene e-skin with various soft exoskeletons to monitor the complex actuations that assist hand/leg rehabilitation.
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