二维MXene材料的制备与电化学储能应用

将MAX相陶瓷通过液相刻蚀等方法移除A原子层可得到与石墨烯（Graphene）类似二维结构的过渡金属碳或氮化物（MXene）,是近年来二维材料领域出现的新成员。独特的二维结构与丰富可调的组分使得MXene具有优异的导电与机械性能、高亲水表面与离子传输性能,受到越来越广泛的关注。目前已成功制备出的MXene材料有20余种,研究发现MXene应用于锂离子、非锂离子（如Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺和Al³⁺）二次电池和电化学超级电容器均表现出优异的性能,是一种很有潜力的电极材料。本文总结对比了MXene材料制备方法,简要概述了MXene材料的电子、电磁与机械性能,重点介绍了MXene在电化学电池与超级电容器储能方面的应用,最后对MXene材料目前存在的主要问题及未来研究与应用前景进行了展望。     

新型二维材料MXene在生物医学的应用

MXene是一类新型的二维过渡金属碳化物和氮化物的总称,通式为M_{n + 1}X_nT_x(n = 1~3),其中M为前过渡金属元素,X为碳或氮元素,T指键合在该材料表面的氟基、羟基或氧基等活性官能团。该类材料具有超薄的结构和出色的物理化学(电子、光学、磁性等)特性,从而吸引了各领域研究人员的广泛兴趣。目前,MXene在生物医学领域的应用逐渐拓展。这主要是由于其大的表面积和在近红外区域的强吸收,加之其可以通过容易的表面修饰与多种分子或者纳米颗粒结合。在这篇综述中,我们总结了MXene在生物医学应用中的最新进展。文章首先介绍MXene的相关制备方法和表面改性手段;之后重点围绕其独特的理化性质,依次介绍该材料在抗菌材料、生物成像、肿瘤诊断治疗和生物传感等生物医学领域中的应用进展;文章最后总结讨论了MXene在生物医学应用方面面临的挑战和新机遇。预期超薄MXene及精巧设计的纳米复合物将成为多种生物医学应用的最有吸引力的生物相容性无机纳米平台之一。     

可穿戴柔性触觉传感器的研究进展

可穿戴柔性触觉传感器是用来模仿人类触觉的器件, 可以感知人体以及外界环境的运动、 形变和压力等信息, 在智慧医疗和智能机器人等领域具有广泛的应用前景. 近年来, 大量柔性触觉传感器的研究使其性能得到了巨大的提升, 并在很多领域得到了应用. 本文首先简述了柔性触觉传感器的结构和基本性能; 然后重点介绍了具有自愈合、 自驱动以及可视化等新型高性能触觉传感器的研究进展; 接下来讨论了柔性触觉传感器在可穿戴电子技术、 医疗保健以及人机交互界面等方面的应用; 最后展望了柔性触觉传感器未来所面临的机遇与挑战.     

三维MXene多孔结构的构建与应用研究进展

MXene作为一种新型二维（2D）纳米材料以其独特的高导电性、高电化学表面活性等特性在多个领域引起了广泛关注。然而,MXene纳米片在自组装过程中出现的紧密堆叠现象导致比表面积急剧下降,降低了活性表面积,从而严重阻碍了它们在能源储存、电磁屏蔽、吸附等领域的潜在应用。构建三维多孔结构是解决MXene组装过程中自堆叠问题的一种有效途径,而且通过不同的组装方法可以实现对多孔宏观结构组成成分、孔径分布以及孔径大小的调控,使得MXene多孔材料在机械性能、电学性能以及光热转换性能等方面得到更好的调整,从而满足不同应用领域的需求。本综述以Ti₃C₂T_x MXene为主要研究材料总结了各种多孔MXene宏观结构的制备方法,讨论了其在电池/超级电容器、电磁屏蔽与吸收、海水淡化、光催化以及传感和环境修复等方面的应用,阐述了MXene多孔结构在各种应用中的贡献与意义,并针对MXene多孔结构的制备、结构调控和应用等方面的机遇和挑战作了论述。     

MXene在电化学传感器中的应用

过渡金属碳化物或氮化物(MXene)作为一种新型的二维层状材料,由于具有良好的导电性、水中分散性、高的生物相容性和稳定性等,在电化学传感领域具有巨大的应用潜力。将MXene与其他纳米材料复合,可以扬长避短,在性能上实现优势协同和功能互补,有效提高电化学传感器的灵敏度和选择性。本文按照检测物的种类进行分类,综述了基于MXene材料构建的电化学传感平台在生物标记物和环境污染物检测中的应用,并讨论了MXene材料在电化学传感领域未来研究发展和应用中所面临的挑战。     

电喷印刷柔性传感器

柔性传感器因其在弯折、扭曲、拉伸等大变形条件下具有稳定的传感性能,所以在软体机器人、可穿戴电子和生物医疗等领域具有潜在的应用前景,受到了国内外研究者的广泛关注。与传统光刻技术相比,印刷技术制造作为增材制造,具有绿色、低成本和可大面积制造的优势,被广泛应用于柔性电子器件制备。其中,电流体动力喷墨打印(电喷印)技术因其具有多种功能材料的兼容性,被认为最有可能替代传统的光刻技术,实现柔性传感器高分辨率和跨规模制造。近年来,电喷印技术在微型化柔性传感器制造领域显示出广泛的应用潜力。本综述重点介绍了电喷印刷柔性传感器的工艺、材料和应用的最新研究进展。首先,详细介绍了电流体动力喷墨打印技术的工作原理,总结了用于电喷印的各种功能性墨水材料,然后,介绍了电喷印刷中墨水和柔性基底间表界面调控的问题。随后,综述了电喷印方法在柔性压力传感器、柔性气体传感器和柔性电化学传感器等柔性传感器制造的应用进展。最后,总结讨论了下一代电喷印刷技术在柔性传感器领域的机遇与挑战。     

可视化柔性可穿戴传感器研究进展

柔性可穿戴传感器具有轻质、共形性好和生物安全性高等特点,在军事、医疗健康和运动等领域展现出广阔的应用前景。可视化是柔性可穿戴传感器的一个重要发展方向,对于丰富传感器功能和扩展其应用领域具有重要意义。本文综述了近年来可视化柔性可穿戴传感器的研究和应用进展,总结了现有的可视化传感器种类及其作用机理,重点介绍了基于发光或变色进行可视化传感的柔性可穿戴传感器。最后,讨论了可视化柔性可穿戴传感器所面临的机遇和挑战。     

MXene及其复合材料在钠/钾离子电池中的应用

MXene作为一种新型的二维层状结构材料而备受关注, MXene具有高电子传导率、较大的比面积、较好的机械性能以及独特的层状结构, 已广泛应用于储能、催化、吸附等领域。近年来, MXene及其复合材料应用于二次电池领域引起了人们的广泛关注。氧化物、硫化物等材料具有高容量, 但存在电导率低、反应过程中体积膨胀、循环稳定性差等问题, 构建与MXene的复合材料既能提高容量又可以增强材料的电子导电率, 有效缓解反应过程中体积膨胀, 实现最佳的电化学性能。本文主要对MXene及其复合材料在钠离子电池和钾离子电池中的最新研究进展进行总结, 简要介绍了钠离子电池、钾离子电池和MXene的研究背景, 重点介绍了MXene复合材料在钠离子电池中的应用研究, 主要按照硫化物、氧化物、碳材料进行分类, 对其合成方法与电化学性能进行综述, 同时总结了MXene复合材料在钾离子电池中的研究进展。最后本文对MXene及其复合材料的发展及其应用前景进行了总结与展望。     

MXene的制备及其复合材料在能源光催化领域的应用进展

MXene作为一种拥有层状结构的二维材料,具有良好的吸附催化性能、较宽的光吸收范围、高导热性、高硬度、高熔点、高导电性以及大比表面积等物理和化学特性,在储能、催化、润滑、抗菌、电磁屏蔽等领域有着较高应用价值。本文着重介绍了由前驱体MAX相获得MXene的制备方法,综述了MXene复合材料在光催化固氮、析氢、CO₂还原等能源光催化领域的应用进展。     

基于有机场效应晶体管的柔性传感器:材料、机制与应用

有机场效应晶体管是一种优良的传感器载体,具有丰富的传感机制和独特的电信号放大特性.有机半导体具有质量轻便、机械柔性、可溶液加工、分子结构可调等优点,适于制备低成本、大面积、多功能的柔性传感活性层.基于有机场效应晶体管的各类柔性传感器已经广泛应用于智能穿戴、电子皮肤、生物检测、环境保护等领域.本文总结了近年来柔性有机场效应晶体管传感器的研究进展,从材料、机制和应用三个层面出发,介绍有机半导体传感材料的设计原则、有机场效应晶体管的传感机制及其在化学、物理、生物领域的应用.最后,总结了有机场效应晶体管传感器的研究现状和现存问题,展望了有机场效应晶体管柔性传感器的未来发展方向.     

微结构化柔性压力传感器的性能增强机制、实现方法与应用优势

柔性压力传感器具有易共形、高灵敏、快响应等特点,是发展物联网、可穿戴电子、触觉人工智能等领域的关键核心器件。通过敏感功能材料开发、功能层微结构设计、微纳制造方法优化等策略,可提升柔性压力传感器的综合性能,扩张其应用场景。其中,功能层微结构的创新设计被普遍认为是增强柔性传感器性能最有效的手段之一。本文综述了近年来基于微结构化的柔性压力传感器的最新研究进展,围绕微结构对于柔性压力传感器性能增强的机制、微结构的设计与实现方法以及微结构化柔性压力传感器在人机交互、医疗健康等领域的应用等方面进行详细阐述,并在此基础上对其未来发展方向进行展望。     

MXene量子点(Ti3C2):性质、合成及其在能源领域的应用(英文)

随着化石燃料的日益枯竭,能源危机成为社会可持续发展所面临的主要难题和巨大挑战.因此,开发一种能够实现高能量转换、具备高储存效率的先进材料显得尤为迫切.MXene量子点,一种由二维过渡金属(MXene)衍生而来的新兴材料,因具有丰富的活性边缘原子、较好的导电性和出色的光学特性而成为能源储存与转换领域的研究热点.一般而言,当MXene的横向尺寸小于10 nm时,将这种半导体纳米结构命名为MXene量子点.MXene量子点具有诸多优异的性质,其不仅保留有二维MXene的固有特性,同时强大的尺寸效应和量子限制效应还赋予了其更多独特的性能,例如更强的光吸收能力、更好的导电性及生物相容性等,从而使得MXene量子点在光催化、检测、储能、生物医学等领域表现出巨大应用潜力.本文综述了有关MXene量子点在能源相关领域应用的最新研究进展,包括:(1) MXene量子点在结构、电学和光学方面的基本特性;(2) MXene量子点的制备方法,如水热/溶剂热法、熔融盐法、声微流体法、直接超声法等,并给出了各方法的机理、制备步骤(包括具体参数)及优缺点;(3) MXene量子点与二维MXene在不同方面的比较：包...     

溶液法制备柔性压阻式传感器的研究进展

柔性压阻式传感器具有结构简单、易于制备、检测范围广等优势, 在可穿戴电子器件领域中扮演着非常重要的角色. 在制备柔性压阻式传感器的众多方法中, 溶液法由于操作简单、反应条件温和、材料的适用性广泛、易于规模化制备等优势, 成为极具发展前景的制备工艺. 在此基础上, 如何进一步提高柔性压阻式传感器的力学与电学性能也成为研究者们更加关注的话题. 另外, 制备图案化、微型化、规模化的传感器阵列为柔性压阻式传感器的应用范围拓展了新的道路. 本综述首先介绍了柔性压阻式传感器的工作原理与性能指标, 同时讨论了其性能指标对传感器在实际应用中的影响. 随后, 简单介绍了其构成材料, 并通过梳理近年来溶液法制备柔性传感器的研究成果, 选取了几种典型的溶液法制备方法进行重点介绍, 指出其具备的优势及目前存在的问题. 最后, 对溶液法制备柔性传感器的发展方向进行总结与展望.     

微纳结构柔性压力传感器的制备及应用

柔性压力传感器是一种能够感知或监测外界压力变化的柔性电子器件,具备灵敏度高、形变灵活、制备工艺简单等特点,在可穿戴式电子产品、健康医疗、软体机器人、人机交互等新兴领域具有广泛而重要的应用。灵敏度、检测极限、响应时间与循环工作稳定性是柔性压力传感的核心性能指标,微纳结构的引入对提高柔性压力传感器综合性能具有重要作用。本文根据微纳结构的主要类型介绍了基于微纳结构的柔性压力传感器的最新研究进展,包括各种不同形貌微纳结构对柔性压力传感器性能的影响及其在柔性压力传感器中的应用,并对柔性压力传感器未来的发展提出展望。     

基于仿生MXene纤维导电网络的柔性透明电极及电容传感器

为了开发具有优良性能的智能伪装隐身器件,使用预模板法制备了柔性透明电极.以叶脉纤维为预模板,在其表面沉积金属碳化物/氮化物（MXene）,从而开发了具有透明有序导电网络结构的透明电极.叶脉表面的羟基基团与导电材料的表面活性基团的相互作用极大地提高了导电材料与基底的表面结合力.此柔性透明电极在透光率为80.6%时,方阻为11.4Ω/sq,有效地避免了光电特性之间的“权衡”效应,且在1000次弯曲循环下电阻几乎保持不变,具备良好的耐久性和稳定性.将此透明电极成功制备透明电容式传感器,其灵敏度可达0.09 kPa^-1,且在1000次循环之后相对电容基本保持不变,具有出色的传感性能和耐久性,可以在人难以察觉的状态下监测人体运动信号.此柔性透明电极和透明电容传感器在可穿戴伪装电子领域具有巨大潜力.     

基于聚二甲基硅氧烷的可穿戴柔性传感器的研究进展

可穿戴柔性传感器是一种紧密附着在人体的皮肤或组织上,可实时收集、分析人体生理参数的设备,在医疗保健、诊断治疗等领域具有重要的应用价值,近年来引起极大关注。聚二甲基硅氧烷(PDMS)不仅化学性质稳定、热稳定性强、透明性和生物相容性好,还可通过表面改性和整体特性定制以实现不同功能,这使得PDMS成为了可穿戴柔性传感器基底材料的最佳选择。本文综述了近年来基于PDMS的可穿戴柔性传感器的研究进展,对导电修饰材料、传感器的工作原理和性能比较等方面进行了回顾和总结,重点对比了不同导电修饰层材料的性能参数与优缺点,介绍了光敏传感器、温度传感器、应变传感器、压力传感器和生化传感器,最后对可穿戴传感器的研究和应用中存在的挑战进行了分析,对其发展方向进行了展望。     

文献计量视角下的OTFT传感器研究态势分析

OTFT具有低成本、柔性好、易加工和生物相容性等优点,基于OTFT的传感器具有较高的灵敏度,在光传感、人造皮肤、环境监测、食品安全检测、药物传递和医疗诊断等方面都有广泛的应用前景。本文对OTFT传感器领域的SCI论文进行统计分析,用文献计量学方法展现了该领域的整体发展态势、国家和机构发文情况、重要科学家发文情况及合作关系。同时结合文献报道,重点对OTFT传感器的主要研究方向及热点进行了分析,最后对OTFT传感器的发展方向做了归纳和展望。     

柔性印刷可穿戴电化学传感器

实现对人体的健康监测和慢性病监测是包括材料科学、信息技术、电子技术、分析化学等科学领域在内的世界前沿课题。通过连续获取温度、压力、应力等物理信号来实现对人体活动情况和心率、血压、脑电图、心电图等实时监测的可穿戴设备已实现商业化,但连续监测人体体液、呼出气中的各类化学物质的可穿戴传感器仍面临许多问题,比如传感器的柔韧性、灵敏度、准确性以及与人体皮肤的贴合性等。针对这些问题,本文以柔性印刷技术为出发点,综述了各类柔性基底在电化学传感器/生物传感器领域的应用,同时对可穿戴传感器的发展方向提出了建议。     

石墨烯/纤维素复合材料的制备及应用

近年来,石墨烯/纤维素复合材料引起了研究者的广泛关注。该材料在透明导电柔性薄膜、电容器、载药、紫外线防护、传感器、吸附等领域有重要的应用价值。本文在收集、归类研究国内外研究者在石墨烯/纤维素复合材料制备方法、性能以及应用工作的基础上,对石墨烯和纤维素复合材料的混合技术、制备方法及应用进行了综述。     

有机智能传感材料与器件研究进展

有机光电子材料具有柔性、低成本、可大面积加工以及分子结构可调等特点,在可穿戴智能器件领域具有巨大的应用潜力.有机分子可以通过结构的设计调节其光学、电学、机械和化学等特性,从而实现丰富的传感功能.有机智能传感器具有快速响应、高选择性、高灵敏和机械柔性等优势,被广泛应用于环境监测、电子皮肤、医疗监测、人机交互等智能感知领域.本文综述了近年来有机智能传感材料与器件的研究进展,包括小分子半导体、聚合物半导体和导电聚合物等有机传感材料,以及化学传感器、温度传感器、光学传感器和机械传感器等有机智能传感器件的前沿应用,重点介绍了目前生物传感器、仿生传感器等智能感知器件和系统的发展现状,并对其未来发展过程中面临的挑战进行了分析.