2022年6-7月份5篇关于静电纺丝在传感器中的应用研究汇总

导语

在传感器领域，稳定耐用的柔性可拉伸导体仍是制约其发展的巨大挑战。静电纺纳米纤维具有高表面积与体积比，可用于开发具有更高负载能力、更好灵敏度和更快响应时间的传感器。本文收集了五篇6-7月份关于传感器的最新进展供大家研究学习。

1.清华大学化学工程系化学工程国家重点实验室徐建鸿团队ACS Nano：二维混合纳米片超级电容器：从积木结构、纤维组装和织物结构到可穿戴应用

▷ 基于纤维的超级电容器（F-SCs）由于其高变形灵活性、快速充放电能力、长期稳定性和节能能力，在可穿戴技术、能源和碳中和领域引起了广泛的兴趣。

 

▷  在本文总结了F-SCs纤维电极制造的最新进展。介绍了2D混合纳米片在表面控制、假电容修饰和微观结构操作方面的各种基本原理，以促进快速电子转移和电荷传导和用于组装和制造具有先进纳米/微结构的复杂纤维的各种纺丝方法，包括分层骨架、各向异性主干、表面/整个多孔框架和垂直排列网络，以促进离子动力学传输/存储。

 

▷ 到目前为止，已经开发了各种材料来通过静电纺丝生产纳米纤维，例如有机材料聚合物、链缠结小分子和溶胶−凝胶复合材料。满足不同领域的要求字段，不同维度的材质，包括0D纳米颗粒/纳米点、1D纳米管/纳米线和2D纳米片已经被引入到有机聚合物中制备多功能纳米纤维。

 

▷ 本文强调了多功能织物的高柔韧性/强度、优越的导电性和稳定的操作，实现了大能量密度、可变形能力和在恶劣条件下的鲁棒稳定性，尤其是潜在的电源应用，包括灵活的电子设备、自供电功能和能量传感器系统。

DOI:doi.org/10.1021/acsnano.2c02841

2.日本长野上田德新立大学医学科学技术研究生院Hideaki Morikawa团队

npj flexible electronic：Leaf meridian仿生纳米纤维电子产品，具有均匀分布的微电网和3D多层结构可用于穿戴应用

▷ 有源电子与其接触目标之间的接口决定了高灵敏度传感器的传感响应。然而，由于表面工程策略的限制，界面特性难以调整和保持。

 

▷ 本研究受自然界叶子的启发，制备了一种具有均匀分布的网格状微观结构的空间多层纳米纤维膜，其中通过金属网模板的组合将羧基化碳纳米管/聚（3,4-亚乙基二氧噻吩）（PEDOT）改性到网格状聚氨酯（PU）纳米纤维表面，并用原位聚合和超声波处理。

 

▷  静电纺丝纳米纤维由于其在柔韧性、高比表面积和多种纤维形态方面的优势和特性为我们提供了一个有吸引力的平台。可行的纳米纤维组件在设计和制造薄、软、轻、透气和舒适的电子设备方面具有引人注目的吸引力和优势。因此，基于纳米纤维的传感器作为柔性电子器件的构建模块得到了广泛的研究。

 

▷此外，作为一个可扩展和可集成的平台，研究人员还展示了其在电热转换和能量收集方面的多功能应用。所有这些结果表明，纳米纤维膜可能被应用于下一代可穿戴设备。

 

DOI:doi.org/10.1038/s41528-022-00171-x

3.国立清华大学Ta-Jen Yen团队scientific reports：具有最大优值的纳米等离激元线作为RGB颜色的优质柔性透明导电电极

▷ 随着现代光电子器件中应用的不断增加，对优质导电透明电极（TCE）候选材料的需求变得显著而迫切。然而，同时提高透射率和电导率是一个固有的限制。

 

▷  最先进的微米级金属结构在静电纺丝过程中实现了90%的透射率和10Ω/sq的片电阻，在光刻过程中实现了88.6%的透射率和2.1Ω/sq40的片电阻。这两种金属线随后被集成到太阳能电池和OLED42应用中。然而，一旦OLED显示器的像素尺寸接近亚微米级，这两种技术就会出现严重不足。

 

▷  在这项工作中，我们提出了银纳米级等离子体线（Ag NPW），通过降低其相应的等离子体频率，在可见光区域充当TCE。通过仔细设计银NPW的几何尺寸，我们还分别优化了红色、绿色和蓝色的性能。

 

▷  显然，我们的银NPW提供了比通常由铟锡氧化物组成的传统TCE更大的FOM，并且在柔性和高分辨率光电器件的应用中显示出灵活性和较少莫尔效应的进一步优势。

DOI:doi.org/10.1038/s41598-022-14756-z

4.深圳科技大学孔令兵教授团队：柔性MXene基复合膜的合成、改性及其作为超级电容器电极的应用

▷  MXenes是一种二维平面结构纳米材料，由于其大比表面积、高延展性、高导电性、强亲水表面和高机械柔性，在开发各种具有预期性能的功能材料方面得到了广泛的探索。

 

▷  本文综述了MXene基复合薄膜作为柔性储能器件电极材料的合成、改性和应用的最新进展。在MXenes的合成中，重点介绍了蚀刻剂的发展和探索。

 

▷  以及各种成膜工艺路线，如轧制、真空过滤、旋转铸造、，喷涂、电泳沉积、静电纺丝、，喷墨打印和机械压制已用于制作MXene薄膜。

 

▷  此外，为了开发MXene基复合薄膜，总结了用于修饰MXene纳米片的组分，包括0D、1D和2D纳米材料，并讨论了此类材料的研究方向，如储能(如超级电容器和电池)、电催化、水净化、生物医学、电磁吸收/屏蔽材料、传感器等。

DOI:doi.org/10.1002/smll.202201290

5.北京石油化工学院师奇松教授团队：用三明治结构电纺P（VDF-HFP）纳米复合膜实现荧光标记多模压力传感器

▷ 多功能压电聚合物薄膜的发展对许多应用领域具有重要意义，例如涉及可穿戴功能器件、柔性传感器和致动器的应用领域。

▷  在本研究中，使用静电纺丝技术制备了多层P（VDF-HFP）纳米复合膜，以多壁碳纳米管COOH和铕配合物为填料，以实现荧光标记的多模压力传感器。

▷  使用电纺聚氨酯（PU）纳米纤维膜和P（VDF-HFP）复合纳米纤维膜制备三明治结构器件，其中P（VDF-HFP）复合纳米纤维膜用作核心电活性层，PU纳米纤维膜用于皮肤层。所得到的三明治结构器件在超低压（<1 kPa）下具有高灵敏度、高压电输出（2.1V）、荧光功能、良好的灵活性和良好的热性能。

▷ 结果表明，基于荧光标记电活性P（VDF-HFP）复合纳米纤维膜的三明治结构器件在多功能柔性传感器和智能穿戴设备领域具有巨大的应用潜力。

DOI:doi.org/10.1016/j.polymer.2022.125087

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