Compressible, Elastic, and Pressure-Sensitive Carbon Aerogels Derived from 2D Titanium Carbide Nanosheets and Bacterial Cellulose for Wearable Sensors

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作者
Zehong Chen,Yijie Hu,Hao Zhuo,Lingxiang Liu,Shuangshuang Jing,Linxin Zhong,Xinwen Peng,Run‐Cang Sun
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:31 (9): 3301-3312 被引量:249
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.9b00259
摘要

Compressible and elastic carbon aerogels (CECAs) hold great promise for applications in wearable electronics and electronic skins. MXenes, as new two-dimensional materials with extraordinary properties, are promising materials for piezoresistive sensors. However, the lack of sufficient interaction among MXene nanosheets makes it difficult to employ them to fabricate CECAs. Herein, a lightweight CECA is fabricated by using bacterial cellulose fiber as a nanobinder to connect MXene (Ti3C2) nanosheets into continuous and wave-shaped lamellae. The lamellae are highly flexible and elastic, and the oriented alignment of these lamellae results in a CECA with super compressibility and elasticity. Its ultrahigh structural stability can withstand an extremely high strain of 99% for more than 100 cycles and long-term compression at 50% strain for at least 100 000 cycles. Furthermore, it has a high sensitivity that demonstrates not only an ultrahigh linearity but also a broad working pressure range (0–10 kPa). In particular, the CECA has a high linear sensitivity in almost the entire workable strain range (0–95%). In addition, it has very low detection limits for tiny strain and pressure. These features enable the CECA-based sensor to be a flexible wearable device to monitor both subtle and large biosignals of the human body.
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