3D printing deep-trap hierarchical architecture-based non-contact sensor for multi-direction motion monitoring

摩擦电效应 材料科学 纳米技术 触觉传感器 墨水池 存水弯(水管) 光电子学 人工智能 计算机科学 机器人 环境工程 工程类 复合材料
作者
Binbin Wang,Meng Gao,Xiaofei Fu,Mengchen Geng,Yang Liu,Ningxuan Cheng,Jie Li,Lihong Li,Zhengjian Zhang,Yanlin Song
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:107: 108135-108135 被引量:43
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.108135
摘要

Non-contact sensors, intelligent electronics that interact with surrounding information with no physical contact, are highly desirable for human-machine interaction. Due to the increased sensing distance and expanded operation scope, it is anticipated the non-contact device exhibiting enhanced electrical output and detection range. Here, freeze-drying assisted 3D printing approach is employed to fabricate cellulose nanofiber (CNF)/MXene-based deep-trap hierarchical architecture for non-contact triboelectric nanogenerators, which exhibit excellent sensing performance for multi-direction motion monitoring. The intermolecular hydrogen bonding between CNF and MXene nanosheets facilitates the formation of a well-dispersed ink with suitable viscoelasticity for 3D printing. The incorporation of MXene nanosheets provides the printed scaffold with more open pores for increased charge generation. Meanwhile, the high electron trapping capability of MXene leads to a weakened electron escaping tendency and an increased decay time, which are beneficial for the device’s non-contact voltage output. Based on the as-prepared non-contact sensor, an all-printed sensing array and a 3D sensor are demonstrated for multi-site and multi-dimension motion trajectories monitoring, indicating its great potential in healthcare, safe navigation, and artificial intelligence.
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