Stretchable MXene/Carbon Nanotube Bilayer Strain Sensors with Tunable Sensitivity and Working Ranges

材料科学 碳纳米管 双层 灵敏度(控制系统) 纳米技术 拉伤 可穿戴计算机 变形(气象学) 可穿戴技术 光电子学 复合材料 电子工程 内科学 工程类 生物 遗传学 医学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Cheng Yang,Wei‐Xi Huang,Yong Lin,Shitai Cao,Hao Wang,Yuping Sun,Ting Fang,Menglu Wang,Desheng Kong
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (23): 30274-30283 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acsami.4c04770
摘要

Stretchable strain sensors have gained increasing popularity as wearable devices to convert mechanical deformation of the human body into electrical signals. Two-dimensional transition metal carbides (Ti3C2Tx MXene) are promising candidates to achieve excellent sensitivity. However, MXene films have been limited in operating strain ranges due to rapid crack propagation during stretching. In this regard, this study reports MXene/carbon nanotube bilayer films with tunable sensitivity and working ranges. The device is fabricated using a scalable process involving spray deposition of well-dispersed nanomaterial inks. The bilayer sensor's high sensitivity is attributed to the cracks that form in the MXene film, while the compliant carbon nanotube layer extends the working range by maintaining conductive pathways. Moreover, the response of the sensor is easily controlled by tuning the MXene loading, achieving a gauge factor of 9039 within 15% strain at 1.92 mg/cm2 and a gauge factor of 1443 within 108% strain at 0.55 mg/cm2. These tailored properties can precisely match the operation requirements during the wearable application, providing accurate monitoring of various body movements and physiological activities. Additionally, a smart glove with multiple integrated strain sensors is demonstrated as a human-machine interface for the real-time recognition of hand gestures based on a machine-learning algorithm. The design strategy presented here provides a convenient avenue to modulate strain sensors for targeted applications.
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