Kirigami启发的高伸展性、导电性和层次化Ti3C2TxMXene薄膜用于高效的电磁干扰屏蔽和压力传感。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:17
文章英文标题
Kirigami-Inspired Highly Stretchable, Conductive, and Hierarchical Ti3C2Tx MXene Films for Efficient Electromagnetic Interference Shielding and Pressure Sensing.
正文
尽管Ti3C2TxMXene片材具有很高的导电性,但为柔性电子器件设计高伸展性的MXene电极仍然是一个挑战。受kirigami图案高伸展性的启发,我们演示了一种自下而上的方法,通过在柔性PDMS基底上构建褶皱的MXene图案,以创建具有主次表面褶皱的层次化表面,设计高伸展性和导电性的聚二甲基硅氧烷( PDMS ) / Ti3C2TxMXene薄膜,用于电磁干扰( EMI )屏蔽和压力传感应用。通过预拉伸/释放循环过程中的非均匀变形,在分层薄膜的沟谷区域产生了自控制的微裂纹,使得PDMS / MXene分层薄膜具有很高的可伸展性( 100 % ),在0 % ~ 100 %应变范围内具有应变不变的电导率,并且在1000次循环疲劳测试中具有稳定的电导率。可拉伸薄膜在50 %的拉伸应变下表现出约30 d B的高稳定性EMI屏蔽性能,通过构建双膜结构,其EMI屏蔽效率进一步提高到103 d B。此外,采用模板印刷工艺制备了集成MXene基电极和电路的高可伸展性、高灵敏度离子电子传感器阵列,具有高灵敏度( 66.3 n F k Pa-1 )、不同频率下1000次循环的良好动态循环稳定性和50 %拉伸应变下的敏感压力监测能力。
文章内容(英文)
Although Ti3C2Tx MXene sheets are highly conductive, it is still a challenge to design highly stretchable MXene electrodes for flexible electronic devices. Inspired by the high stretchability of kirigami patterns, we demonstrate a bottom-up methodology to design highly stretchable and conductive polydimethylsiloxane (PDMS)/Ti3C2Tx MXene films for electromagnetic interference (EMI) shielding and pressure sensing applications by constructing wrinkled MXene patterns on a flexible PDMS substrate to create a hierarchical surface with primary and secondary surface wrinkles. The self-controlled microcracks created in the valley domains of the hierarchical film via a nonuniform deformation during prestretching/releasing cycles endow the hierarchical PDMS/MXene film with a high stretchability (100%), strain-invariant conductivity in a strain range of 0%-100%, and stable conductivities over an 1000-cycle fatigue measurement. The stretchable film exhibits a highly stable EMI shielding performance of ≈30 dB at a tensile strain of 50%, and its EMI shielding efficiency increases further to 103 dB by constructing a two-film structure. Furthermore, a highly stretchable and sensitive iontronic sensor array with integrated MXene-based electrodes and circuits is fabricated by a stencil printing process, exhibiting high sensitivity (66.3 nF kPa-1), excellent dynamic cycle stability over 1000 cycles under different frequencies, and sensitive pressure monitoring capability under a tensile strain of 50%.
来源出处
Journal|[J]ACS NanoVolume 15, Issue 4. 2021.
DOI
https://doi.org/10.1021/ACSNANO.1C01277

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