聚酰亚胺纳米纤维/MXene复合气凝胶，压力传感、油水分离两不误!

作者 : 纺织导报 | 时间 : 2021-01-27

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随着人工智能的迅猛发展，高性能的压力传感器在人造假肢、智能机器人、电子皮肤和可穿戴电子等方面应用广阔。基于传统金属和无机半导体材料的压力传感器灵敏度高、响应快、稳定性好，但是传感范围有限，柔韧性差，且制备复杂，成本高昂。

而基于导电聚合物复合材料（conductive polymer composites，CPC）的压阻式压力传感器，结构简单、柔韧性好且便于收集信号。施加外部压力的情况下，会立刻引起导电聚合物复合材料内部导电网络的重新排列，从而导致电阻的变化。而具有典型三维结构的导电聚合物复合材料由于其低密度、高孔隙率和良好的弹性被认为是压阻式传感器的理想选择。

近日，郑州大学团队与中科院北京纳米能源与系统研究所合作，通过冷冻干燥和热亚胺化工艺，研制出具有典型“层状支撑（layer-strut）”的多级纳米纤维结构的导电聚酰亚胺纳米纤维(PINF)/MXene复合气凝胶。得益于PINF和MXene之间的多孔结构和牢固的结合，该复合气凝胶的密度低至9.98 mg⸱cm-3，可承受-50 ~ 250℃的恶劣温度，高达90%的应变，以及超过1000次循环的抗疲劳能力。用作压敏电阻传感器时，感应能力可达85.21 kPa（对应90%的应变)，表现出超低的检测极限0.01 kPa（对应0.5%的应变)，超过1000个周期抗疲劳特性以及极端环境下优秀的稳定性和再现性。此外，复合气凝胶的疏水性和多级孔状结构还具有良好的油水分离性能，吸附量高达55.85 ~ 135.29 g⸱g-1，可循环利用。该研究有望为人体运动/物理信号检测和高效的油水分离提供一种新型多功能平台，并以“Lightweight, Superelastic, and Hydrophobic Polyimide Nanofiber/MXene Composite Aerogel for Wearable Piezoresistive Sensor and Oil/Water Separation Applications”为题发表在最新一期的《Advanced Functional Materials》上。