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Erschienen in: Journal of Materials Science 27/2022

05.07.2022 | Composites & nanocomposites

Highly flexible and sensitive Ti3C2 MXene@polyurethane composites for piezoresistive pressure sensor

verfasst von: Fan Kang, Wenqiang Zhang, Maolin Liu, Fang Liu, Zhixin Jia, Demin Jia

Erschienen in: Journal of Materials Science | Ausgabe 27/2022

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Abstract

Flexible and wearable pressure sensors with subtle structure design provide timely and portable solutions for human motion detection. In this study, a simple and cost-efficient fabrication strategy for microcrack-designed pressure sensors based on Ti3C2 (MXene) and polyurethane (PU) is proposed. The MXene@PU composite-based pressure sensor presents superior conductivity, high stretchability and excellent strain resilience (under 80% compressive deformation), which benefits from the electrical conduction of MXene nanosheets and high pressure retraction elasticity of PU. Most importantly, the novel conductive network with enriched microcracks constructed by MXene endows the pressure sensor with not only high sensitivity (46 ms response time at 0.1% strain detection, GF≈0.8), but also excellent durability (500 cycles fatigue tests). Owing to the outstanding performance, human signals (wrist, elbow and knee) are accurately monitored by the obtained sensor. The findings demonstrate that this MXene-based pressure sensor exhibits potential as high-efficient sensing devices for health monitoring, wearable electronics and smart robots.

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4.
Zurück zum Zitat Zhang SD, Liu H, Yang SY, Shi XZ, Zhang DB, Shan CX, Mi LW, Liu CT, Shen CY, Guo ZH (2019) Ultrasensitive and highly compressible piezoresistive sensor based on polyurethane sponge coated with a cracked cellulose nanofibril/silver nanowire layer. ACS Appl Mater Interface 11:10922. https://doi.org/10.1021/acsami.9b00900CrossRef Zhang SD, Liu H, Yang SY, Shi XZ, Zhang DB, Shan CX, Mi LW, Liu CT, Shen CY, Guo ZH (2019) Ultrasensitive and highly compressible piezoresistive sensor based on polyurethane sponge coated with a cracked cellulose nanofibril/silver nanowire layer. ACS Appl Mater Interface 11:10922. https://​doi.​org/​10.​1021/​acsami.​9b00900CrossRef
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Zurück zum Zitat Pan LJ, Alex Chortos YuGH, Wang YQ, Isaacson S, Allen R, Shi Y, Dauskardt R, Bao ZN (2014) An ultra-sensitive resistive pressure sensor based on hollow-sphere microstructure induced elasticity in conducting polymer film. Nat Commun 5:3002. https://doi.org/10.1038/ncomms4002CrossRef Pan LJ, Alex Chortos YuGH, Wang YQ, Isaacson S, Allen R, Shi Y, Dauskardt R, Bao ZN (2014) An ultra-sensitive resistive pressure sensor based on hollow-sphere microstructure induced elasticity in conducting polymer film. Nat Commun 5:3002. https://​doi.​org/​10.​1038/​ncomms4002CrossRef
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Zurück zum Zitat Choong C, Shim M-B, Lee B-S, Jeon S, Ko D-S, Kang T-H, Bae J, Lee S, Byun K-E, Im J, Jeong Y, Park C, Park J-J, Chung U-I (2014) Highly stretchable resistive pressure sensors using a conductive elastomeric composite on a micropyramid array. Adv Mater 26:3451. https://doi.org/10.1002/adma.201305182CrossRef Choong C, Shim M-B, Lee B-S, Jeon S, Ko D-S, Kang T-H, Bae J, Lee S, Byun K-E, Im J, Jeong Y, Park C, Park J-J, Chung U-I (2014) Highly stretchable resistive pressure sensors using a conductive elastomeric composite on a micropyramid array. Adv Mater 26:3451. https://​doi.​org/​10.​1002/​adma.​201305182CrossRef
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Zurück zum Zitat Yang K, Yin FX, Xia D, Peng HF, Yang JZ, Yuan WJ (2019) A highly flexible and multifunctional strain sensor based on a network-structured MXene/polyurethane mat with ultra-high sensitivity and a broad sensing range. Nanoscale 11:9949. https://doi.org/10.1039/c9nr00488bCrossRef Yang K, Yin FX, Xia D, Peng HF, Yang JZ, Yuan WJ (2019) A highly flexible and multifunctional strain sensor based on a network-structured MXene/polyurethane mat with ultra-high sensitivity and a broad sensing range. Nanoscale 11:9949. https://​doi.​org/​10.​1039/​c9nr00488bCrossRef
Metadaten
Titel
Highly flexible and sensitive Ti3C2 MXene@polyurethane composites for piezoresistive pressure sensor
verfasst von
Fan Kang
Wenqiang Zhang
Maolin Liu
Fang Liu
Zhixin Jia
Demin Jia
Publikationsdatum
05.07.2022
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science / Ausgabe 27/2022
Print ISSN: 0022-2461
Elektronische ISSN: 1573-4803
DOI
https://doi.org/10.1007/s10853-022-07387-2

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