MXene Composite and Coaxial Fibers with High Stretchability and Conductivity for Wearable Strain Sensing Textiles

材料科学 复合材料 纺纱 压阻效应 复合数 电导率 同轴 凯夫拉 弹性体 纤维 应变计 纳米材料 标度系数 制作 纳米技术 机械工程 病理 物理化学 工程类 化学 医学 替代医学
作者
Shayan Seyedin,Simge Uzun,Ariana Levitt,Babak Anasori,Geneviève Dion,Yury Gogotsi,Joselito M. Razal
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:30 (12) 被引量:357
标识
DOI:10.1002/adfm.201910504
摘要

Abstract The integration of nanomaterials with high conductivity into stretchable polymer fibers can achieve novel functionalities such as sensing physical deformations. With a metallic conductivity that exceeds other solution‐processed nanomaterials, 2D titanium carbide MXene is an attractive material to produce conducting and stretchable fibers. Here, a scalable wet‐spinning technique is used to produce Ti 3 C 2 T x MXene/polyurethane (PU) composite fibers that show both conductivity and high stretchability. The conductivity at a very low percolation threshold of ≈1 wt% is demonstrated, which is lower than the previously reported values for MXene‐based polymer composites. When used as a strain sensor, the MXene/PU composite fibers show a high gauge factor of ≈12900 (≈238 at 50% strain) and a large sensing strain of ≈152%. The cyclic strain sensing performance is further improved by producing fibers with MXene/PU sheath and pure PU core using a coaxial wet‐spinning process. Using a commercial‐scale knitting machine, MXene/PU fibers are knitted into a one‐piece elbow sleeve, which can track various movements of the wearer's elbow. This study establishes fundamental insights into the behavior of MXene in elastomeric composites and presents strategies to achieve MXene‐based fibers and textiles with strain sensing properties suitable for applications in health, sports, and entertainment.
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