MXene-纤维素纳米纤维/聚乙烯醇导电水凝胶的制备及应用性能研究

作     者：张晓田 董倩倩 余兆勇 吴明华 

作者机构：浙江理工大学纺织科学与工程学院 先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室 生态染整技术教育部工程研究中心 绿色低碳染整技术浙江省工程研究中心 

出 版 物：《复合材料学报》 (Acta Materiae Compositae Sinica)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0802[工学-机械工程] 

主　　题：定向冷冻 柔性传感器 MXene 导电水凝胶 仿生 

摘      要：为解决柔性应变传感器力学性能差、灵敏度低等问题，文章受肌腱结构的启发，以柔性聚乙烯醇（PVA）和刚性纤维素纳米纤维（CNF）分别模拟肌腱的柔性链段和刚性链段，以少层MXene作为导电功能活性材料，采用定向冷冻法，制备具有各向异性结构的类肌腱MXene-CNF/PVA导电水凝胶（简称MCP水凝胶）；在此基础上，以MCP水凝胶作为传感元件，采用3M HVB胶带和双面导电铜胶带组合封装，制备柔性应变传感器。采用SEM、拉力实验机和电桥等手段，研究了不同材料组合对水凝胶形貌结构的影响，探究了不同材料配比的MCP水凝胶的力学性能，测试分析了基于MCP水凝胶制作的柔性传感器的传感性能及应用性能。结果表明：所制MCP水凝胶具有类肌腱的各向异性结构和良好的力学性能(断裂强度为1.57 MPa，杨氏模量为0.131 MPa，韧性为2.16 MJ/m3)；基于MCP水凝胶制作的柔性传感器具有良好的灵敏度（GF=6.31）和耐拉伸疲劳性能（1600次循环）。该传感器还能准确感应人体生理信号及不同类型的运动信号。本研究为可穿戴传感器的设计提供了思路，同时有望拓宽可穿戴传感器的应用场景。