Low-temperature resistant hydrogel with inkjet-printed MXene on microspine surface for pressure sensing and triboelectric energy harvesting

摩擦电效应 材料科学 纳米技术 3d打印 压力敏感 复合材料 生物医学工程 工程类 胶粘剂 图层(电子)
作者
Weijun Jiang,Jingyuan Liu,Hongsen Zhang,Dalei Song,Jing Yu,Qi Liu,Rongrong Chen,Jiahui Zhu,Jun Wang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:483: 149117-149117 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.149117
摘要

Wearable, flexible sensors based on hydrogel fabrication have recently gained significant attention due to their unique properties. However, developing hydrogel sensors that maintain high sensitivity and work effectively in sub-zero temperatures remains a formidable challenge. Herein, a hydrogel with surfaces featuring randomly distributed microspines is synthesized by combining sodium alginate (SA) and acrylamide (AM) as the hydrogel components. To fabricate a wearable sensor, a highly conductive MXene layer is inkjet-printed onto the surface of the hydrogel microspines. The resulting sensor exhibits a remarkable array of features, including exceptional sensitivity (15.03 kPa−1), a low detection limit (10 Pa), a vast operating range (0.12–70 kPa), rapid response and recovery (40/100 ms), reliable performance (over 1000 cycles), and outstanding resistance to low temperatures (-20 °C). Moreover, this hydrogel-based sensor facilitates the efficient collection of human monitoring data, such as vocal patterns, pulse, and joint movements, even when operating at −20 °C and in ice bath conditions. Importantly, the surface-based inkjet MXene hydrogels could be assembled into a deformable triboelectric nanogenerator (TENG), allowing mechanical energy harvesting. The TENG exhibited peak output voltage and current values of 5 V and 2.5 μA, respectively.
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