材料工程学院张艳副教授指导研究生在传感器专业领域TOP期刊发表最新成果

发布者:阮勤超发布时间:2021-08-23浏览次数:466

近日,材料工程学院张艳副教授指导2019研究生贾广雯在柔性MXene-氧化石墨烯薄膜制备及其智能致动和湿度传感机理与应用方面取得重要进展。相关工作最新成果以“Flexible, biocompatible and highly conductive MXene-graphene oxide film for smart actuator and humidity sensor”为题,在传感器专业领域顶级学术期刊《Sensors and Actuators B:Chemical》(系中科院SCI分区工程技术大类一区TOP期刊)上发表。


  


目前,可直接将水刺激产生的信号转化为机械运动的智能材料受到广泛关注。MXene材料被认为是制造湿度梯度致动器的潜在候选材料但MXene薄膜脆弱易碎在水介质或环境大气中极易氧化形成二氧化钛纳米晶体。暴露于水介质或环境大气中的MXene稳定性差,会导致金属导电性的丧失,还会导致对水的吸附不良。张艳副教授的指导下,本研究首先将Ti3C2TX MXene和GO相结合,制备了一系列具有生物相容性和高导电性的柔性MXene-氧化石墨烯薄膜,深入研究其智能致动和湿度传感等性能和机理,并构建了基于湿度传感器的呼吸监测和多种湿度制动器件。均匀的Ti3C2TX MXene-氧化石墨烯(MGO)薄膜表现出大的弯曲角度、快速的弯曲速度、可逆的变形以及对湿度梯度的良好循环稳定性。更重要的是,GO的引入有效阻止了Ti3C2TX MXene的氧化在室温下储存10天后,Ti3C2TX MXene薄膜由于氧化生成TiO2导致弯曲角度降至0°,而MGO薄膜防止MXene的氧化,其弯曲角几乎保持不变。因此, GO氧的渗透,防止MXene的氧化,显著提高了MGO的长期稳定性。MGO薄膜致动器可以用于仿生花、机械手臂模拟和非接触开关的应用。MGO表现出较良好导电性,同时,由于吸湿的溶胀效应,MGO的电阻随着相对湿度的增加而增加,具有良好的湿度传感器性能。在实际监测时,具有生物相容性的MGO薄膜传感器的响应时间小于1.07 s用于呼吸模式和呼吸频率的检测

近年来,张艳副教授作为材料学团队和先进储能与传感材料团队学术骨干,致力于先进功能材料与器件方向的研究,依托于国家自科基金(51602192)、上海市“扬帆计划”(14YF1409500)等基金的支撑,取得众多科研成果,培养硕士研究生8名。