DOI:10.1016/j.jcis.2020.09.035

MXenes（二维早期过渡金属碳化物和碳氮化物）兼具出色的导电性和表面亲水性，从而可以实现更多的潜在应用。但是，在柔性应变传感器中，柔性基板通常由疏水性弹性体例如热塑性聚氨酯（TPU）构成。为了增强MXene与疏水性基材之间的相互作用，改变柔性基材的组成比改变MXene的表面更为明智，从而在不损失MXene优异导电性的情况下改善柔性基材与MXenes之间的相互作用。将聚丙烯腈（PAN）引入TPU中，通过静电纺丝制备柔性TPU/PAN垫。然后采用简单的浸涂工艺制备出高导电性且可拉伸的Ti3C2 MXene/TPU/PAN毡。通过XPS和FT-IR研究了Ti3C2 MXene纳米片与TPU/PAN垫之间的相互作用机理。最后，研究者将MXene/TPU/PAN垫制成一种性能优良的柔性应变传感器。通过将PAN引入柔性基板中，可有效改善Ti3C2 MXene与柔性基板之间的相互作用，而不会损害Ti3C2 MXene的优异导电性。MXene/TPU/PAN应变传感器具有较宽的传感范围（0-80％）、快速响应（<140.6ms）、低检测限（<0.1％）、出色的涂层附着力和优异的耐久性（>1750个循环）。所有这些特性都是可穿戴电子设备需要具备的。

图1.MXene/TPU/PAN应变传感器的制备过程。

图2.（a）蚀刻Al后Ti3C2的SEM图像。（b）剥离后MXene的SEM和（c）TEM图像。（d）MAX和MXene相的XRD图。

图3.TPU垫（a），TPU/PAN垫（b），MXene/TPU垫（c）和MXene/TPU/PAN垫（d）的SEM图像。

图4.TPU/PAN垫（a），MXene/TPU/PAN垫（b），TPU垫（c）和MXene/TPU垫（d）的数码照片。MXene/TPU/PAN垫的柔性展示（e）。

图5.（a）MXene/TPU，MXene/TPU/PAN和MXene/PAN垫的薄层电阻。（b）比较3M胶带处理前后的薄层电阻。

图6.（a）MXene，（b）MXene/PAN垫，（c）TPU垫，（d）MXene/TPU垫和（e）MXene/TPU/PAN垫的O 1s XPS光谱。

图7.（a）MXene，PAN垫，MXene/PAN垫以及（b）TPU垫和MXene/TPU垫的FT-IR光谱。

图8.MXene/TPU/PAN应变传感器在（a）细微应变（1-5％）和（b）大应变（60-80％）下的响应。（c）MXene/TPU/PAN应变传感器的即时响应。（d）MXene/TPU/PAN应变传感器在30％应变以及不同拉伸速率（10、20和30mm/min）下的响应。（e）MXene/TPU/PAN应变传感器在10％应变下的1750个循环中的耐久性测试。

图9.MXene/TPU/PAN传感器在物理运动检测中的应用。传感器对（a）手指关节，（b）肘关节，（c）膝关节运动的响应。（d）对按压手背的传感响应。（e）监测动脉搏动。（f）对口语单词“Ah”，“MXene”，“Flexible”和“Sensor”的传感器输出响应。