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石墨烯基纖維（GFs）具有出色的機械柔韌性、導電性和可編織性，因而引起了便攜式、可穿戴電子產品的巨大興趣，這使其在可穿戴電子設備中非常有用。在這里，我們報告了通過可擴展的濕紡工藝開發的無金屬粘結劑的Ti₃C₂T_x MXene/石墨烯雜化纖維。這些混合纖維在柔性可穿戴氣體傳感器中具有出色的機械和電氣性能。MXene/石墨烯的電子性能和氣體吸附能力的協同效應使所產生的纖維在室溫下顯示出較高的NH₃氣體敏感性。與單獨的MXene和石墨烯相比，雜化纖維表現出顯著改善的NH₃響應（ΔR/R₀=6.77％）。雜化纖維還表現出出色的機械柔韌性，即使在經過2000次循環彎曲后，其電阻波動也很小，僅為±0.2％，并且抗噪聲性也很低，從而可以在變形過程中進行氣體傳感。此外，將柔軟的MXene/石墨烯雜化纖維編織到實驗室外套中，證明了它們在可穿戴設備中的巨大潛力。我們認為2D混合材料的這些令人興奮的功能將為設計下一代便攜式可穿戴式氣體傳感器提供一條新穎的途徑。
  
Figure 1. MXene單層的2D形態的（a）SEM和（b）AFM圖像；（c）MXene和GO的ζ電勢與pH的關系；沉積在SiO₂/Si襯底上的MXene和GO分散體的（d）SEM圖像和（e）AFM形貌；（f）MXene/GO在同一區域中的導電AFM映射。
 
  
Figure 2. （a）MXene/GO混合纖維紡絲過程的示意圖；（b）MXene/GO凝膠纖維從噴嘴到熔池的狀態照片；（c）纏繞的MXene/GO混合纖維的線軸長1.2 m；（d）MXene/GO纖維（40重量％MXene）的柔軟性和彎曲性照片。
 
 
Figure 3. （a）MXene薄膜、rGO纖維和MXene/rGO混合纖維（40 wt％MXene）的氣體響應比較；（b）rGO纖維和MXene/rGO混合纖維（40 wt％MXene）的氣體選擇性比較；（c）基于MXene/rGO混合纖維（40 wt％MXene）的傳感器在室溫下，對不同NH₃濃度在10-50 ppm范圍內的動態電阻響應，以及（d）MXene和MXene/rGO（40 wt％MXene）的能級示意圖。
 
  
Figure 4. （a）纖維彎曲試驗的示意圖；（b）rGO纖維和MXene/rGO混合纖維（40 wt％MXene）的循環彎曲疲勞度與電阻差；（c）在纖維循環彎曲過程中于室溫下暴露于100 ppm的NH₃中，MXene/rGO混合纖維（40 wt％MXene）的電阻變化；（d）將MXene/rGO雜化纖維編織在實驗室涂層中并連接到萬用表；（e）MXene/rGO雜化纖維（40 wt％MXene）織成的實驗室外套中，100 ppm NH₃分子的氣體響應。
 
       相關研究成果于2020年由漢陽大學Hyoun Woo Kim和Tae Hee Han課題組，發表在ACS Appl. Mater. Interfaces（doi.org/10.1021/acsami.9b21765）上。原文：Room-Temperature, Highly Durable Ti₃C₂T_x MXene/Graphene Hybrid Fibers for NH₃ Gas Sensing。

轉自《石墨烯雜志》公眾號：