Advanced Functional Materials:MXene复合材料在柔性可穿戴器件中的应用

近年来,柔性可穿戴设备在便携式移动电子设备和人体运动检测等领域应用前景广阔,因此受到了广泛的研究。MXene是一类新兴发展的二维纳米材料,具有优异的导电性、丰富的末端基团、独特的层状结构、较大的比表面积和良好的亲水性等特点,是潜在的柔性可穿戴器件候选材料。目前已有大量的研究致力于开发具有不同结构和功能的MXene柔性复合材料。

《Advanced Functional Materials》最近由北京林业大学博士生马畅、马明国教授、天津科技大学司传领教授、齐鲁工业大学吉兴香教授以及北京化工大学万鹏博教授共同撰写的综述文章“Flexible MXene-Based Composites for Wearable Devices”(DOI:10.1002/adfm.202009524)。该综述论文首先总结了MXene的特点,然后根据可穿戴应用的不同领域进行了详细介绍,包括传感器(应变传感器、压力传感器、气体传感器),超级电容器,电磁屏蔽材料等。通过典型案例总结了MXene基复合材料的合成方法、结构特点、性能特征和发展方向。根据不同应用场景要求,现有研究制备了具有不同维度的MXene基复合材料,如1D的纤维、线,2D的薄膜、纸、织物,3D的气凝胶和水凝胶等,其合成策略主要包括喷涂、湿法纺丝、浸渍干燥、冷冻铸造、逐层组装、真空辅助过滤等。

最后,该综述论文对MXene基复合材料应用于柔性可穿戴器件的研究方向和发展趋势进行了展望。优化柔性可穿戴材料的设计原则,精心设计如3D结构、孔隙结构、Janus结构和仿生结构的多维材料,开发高灵敏度、宽工作范围、良好线性度的传感器,集成机械性能、传感性能、光热性能、电热性能、疏水性能和自愈特性于一体的多功能可穿戴器件,开发具有可穿戴舒适度和透气性的纤维、纱线和智能织物,进一步优化非接触式人机交互可穿戴设备等诸多方面是MXene基复合材料在柔性可穿戴器件领域亟需解决的问题和潜在的发展方向。

上述研究工作得到了国家重点研发计划(2019YFC1905901、2016YFC0801302)、国家自然科学基金(21404006, 21774012、51973008)、北京市自然科学基金(2152023、2202042)以及北京林业大学杰出青年人才培育计划(2019JQ03014)等项目的资助。

论文信息:

Flexible MXene-Based Composites for Wearable Devices

Chang Ma, Ming-Guo Ma*, Chuanling Si*, Xing-Xiang Ji*, Pengbo Wan*

Advanced Functional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202009524