石墨烯基纤维（GFs）具有出色的机械柔韧性、导电性和可编织性，因而引起了便携式、可穿戴电子产品的巨大兴趣，这使其在可穿戴电子设备中非常有用。在这里，我们报告了通过可扩展的湿纺工艺开发的无金属粘结剂的Ti₃C₂T_x MXene/石墨烯杂化纤维。这些混合纤维在柔性可穿戴气体传感器中具有出色的机械和电气性能。MXene/石墨烯的电子性能和气体吸附能力的协同效应使所产生的纤维在室温下显示出较高的NH₃气体敏感性。与单独的MXene和石墨烯相比，杂化纤维表现出显著改善的NH₃响应（ΔR/R₀=6.77％）。杂化纤维还表现出出色的机械柔韧性，即使在经过2000次循环弯曲后，其电阻波动也很小，仅为±0.2％，并且抗噪声性也很低，从而可以在变形过程中进行气体传感。此外，将柔软的MXene/石墨烯杂化纤维编织到实验室外套中，证明了它们在可穿戴设备中的巨大潜力。我们认为2D混合材料的这些令人兴奋的功能将为设计下一代便携式可穿戴式气体传感器提供一条新颖的途径。
  
Figure 1. MXene单层的2D形态的（a）SEM和（b）AFM图像；（c）MXene和GO的ζ电势与pH的关系；沉积在SiO₂/Si衬底上的MXene和GO分散体的（d）SEM图像和（e）AFM形貌；（f）MXene/GO在同一区域中的导电AFM映射。
 
  
Figure 2. （a）MXene/GO混合纤维纺丝过程的示意图；（b）MXene/GO凝胶纤维从喷嘴到熔池的状态照片；（c）缠绕的MXene/GO混合纤维的线轴长1.2 m；（d）MXene/GO纤维（40重量％MXene）的柔软性和弯曲性照片。
 
 
Figure 3. （a）MXene薄膜、rGO纤维和MXene/rGO混合纤维（40 wt％MXene）的气体响应比较；（b）rGO纤维和MXene/rGO混合纤维（40 wt％MXene）的气体选择性比较；（c）基于MXene/rGO混合纤维（40 wt％MXene）的传感器在室温下，对不同NH₃浓度在10-50 ppm范围内的动态电阻响应，以及（d）MXene和MXene/rGO（40 wt％MXene）的能级示意图。
 
  
Figure 4. （a）纤维弯曲试验的示意图；（b）rGO纤维和MXene/rGO混合纤维（40 wt％MXene）的循环弯曲疲劳度与电阻差；（c）在纤维循环弯曲过程中于室温下暴露于100 ppm的NH₃中，MXene/rGO混合纤维（40 wt％MXene）的电阻变化；（d）将MXene/rGO杂化纤维编织在实验室涂层中并连接到万用表；（e）MXene/rGO杂化纤维（40 wt％MXene）织成的实验室外套中，100 ppm NH₃分子的气体响应。
 
       相关研究成果于2020年由汉阳大学Hyoun Woo Kim和Tae Hee Han课题组，发表在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。

转自《石墨烯杂志》公众号：