相關研究成果以“High-Performance Sensing Platform Based on Morphology/Lattice Collaborative Control of Femtosecond-Laser-Induced MXene-Composited Graphene”為題發(fā)表于《Advanced Science》。

  可穿戴傳感器是一種小型設備，通常佩戴在皮膚附近或直接貼在皮膚上，用于監(jiān)測和收集人體生理和生化參數的實時數據，在遠程健康監(jiān)測、身體活動跟蹤、人機交互和實時生理信號監(jiān)測方面具有巨大潛力。多功能、高性能的柔性可穿戴傳感器的發(fā)展增加了對敏感材料的需求。在涉及監(jiān)測多種生理信號的場景中，對物理變化（如壓力和應變）和生化信號（如疾病標志物和蛋白質分子）都敏感非常重要。響應物理刺激需要改變材料的微觀形貌和孔隙率。響應生化信號需要改善材料的電性能并集成特定的敏感物質。因此，對敏感單元形貌及其電性能的協(xié)同調控和優(yōu)化對于多功能可穿戴傳感器具有重要意義。

  近年來，激光誘導石墨烯（LIG）因其快速圖案化、無掩模制造、原位合成和石墨烯基材料的經濟高效生產而被廣泛應用于柔性傳感器。因此，LIG顯示出巨大的前景，特別是在多信號傳感方面。LIG的3D多孔結構為化學反應和物理相互作用提供了大量的表面位點。此外，LIG與電解質、代謝物、激素和其他化學標記物相互作用會觸發(fā)電位、電流和電阻率的變化，從而能夠基于這些改變對分析物進行檢測和分析。特別是，可以通過調節(jié)激光加工條件來控制LIG的表面形貌、內部結構和孔隙率，為調節(jié)基于LIG的敏感單元的微形貌和電性能提供了一種直接可行的方法。

  LIG用于各種傳感器，包括電化學傳感器和壓力傳感器。然而，由于LIG的晶格不規(guī)則和層間結構不連續(xù)，其電導率和載流子遷移率仍需改進。研究人員嘗試了各種策略，例如旋涂高導電性的MXene和銀納米線、電沉積納米顆粒以及激光誘導金屬前體溶液的二次還原，以制備復合LIG。然而，這些摻雜方法作為二次生產工藝，僅將摻雜材料沉積在LIG表面，并未穿透晶格，而且LIG的結合相對不穩(wěn)定，為材料制備過程帶來了額外的不確定性。之前的LIG生產方法涉及長脈沖或連續(xù)激光輻照，由于聚合物薄膜在熱效應下高度不穩(wěn)定，限制了微觀形貌和圖案分辨率的可控性。

飛秒激光誘導的MXene復合石墨烯(LIMG)的制造和表征

信息來源：Carbontech