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基于此，南京郵電大學趙強教授、劉寧副教授和趙為為副教授采用自由基聚合策略制備了MXene/聚丙烯酸（PAA）水凝膠，構(gòu)建了兼具高靈敏度和光熱轉(zhuǎn)換性能的柔性應變傳感器，實現(xiàn)了可穿戴HMI電子設(shè)備的人體運動監(jiān)測及遠程機械手操控功能。相關(guān)工作以Stretchable and Photothermal MXene/PAA Hydrogel in Strain Sensor for Wearable Human-Machine Interaction Electronics為題發(fā)表在Adv. Mater. Technol.上，得到了國家自然科學基金面上項目和江蘇省研究生科研與實踐創(chuàng)新計劃等資助。趙強教授、劉寧副教授和趙為為副教授為論文的共同通訊作者，白巖博士為論文的第一作者。

MXene/PAA水凝膠的合成與制備：采用自由基聚合策略制備了具有三維多孔結(jié)構(gòu)的MXene/PAA水凝膠（圖1）。以N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺作為化學交聯(lián)劑、過硫酸銨充當引發(fā)劑，通過丙烯酸單體的自由基聚合得到PAA。與此同時，MXene納米片表面豐富的官能團（-O、-F和-OH）與PAA上的羧基存在氫鍵作用。最終，在60 oC條件下反應4 h得到MXene/PAA水凝膠。

圖1. MXene/PAA水凝膠的合成與表征

MXene/PAA水凝膠的性能研究：該工作系統(tǒng)地研究了MXene/PAA水凝膠的力學性能、導電性、自愈性、附著力和生物相容性（圖2，3）。結(jié)果表明，適量加入MXene有助于提升水凝膠的力學性能，最大拉伸斷裂長度為1081%。MXene/PAA水凝膠的導電性也隨著MXene含量的增加從8 mS m-1逐漸提高至69 mS m-1。水凝膠內(nèi)部動態(tài)氫鍵相互作用使其具有快速的自愈合能力（~1.3 s）。該水凝膠也展現(xiàn)出良好的生物相容性和粘附性，為直接應用于人體運動監(jiān)測奠定了基礎(chǔ)。

圖2. MXene/PAA水凝膠的性能研究

圖3. MXene/PAA水凝膠的性能分析

MXene/PAA水凝膠在近紅外光照射下表現(xiàn)出可控的表面溫度調(diào)節(jié)能力（RT ~ 67 oC）（圖4）。它的光熱轉(zhuǎn)化機制源于MXene的局域表面等離子共振效應誘導產(chǎn)生的光熱電子。此外，為了驗證作為可穿戴加熱器的可行性，將水凝膠附著在人體皮膚上。手和水凝膠的初始溫度分別為35.2 oC和25 oC。MXene/PAA水凝膠在400 mW cm-2條件下照射150 s后，溫度上升到48.9 oC，其余部分溫度保持良好。綜合上述性質(zhì)，MXene/PAA水凝膠適用于PTM技術(shù)，在可穿戴HMI電子設(shè)備、醫(yī)療保健等領(lǐng)域具有潛在的應用前景。

圖4. MXene/PAA水凝膠光熱轉(zhuǎn)換性能研究

MXene/PAA水凝膠應變傳感器的性能分析：MXene/PAA水凝膠作為自粘性柔性傳感電極，具有高靈敏度（GF ~ 4.94）、寬檢測范圍（0 - 1081%）以及穩(wěn)定的輸出信號等優(yōu)點，可以作為一種無刺激性的可穿戴應變傳感器用于人體生物監(jiān)測，識別各種細微以及大形變的人體運動（圖5）。

圖5. MXene/PAA水凝膠的傳感性能

MXene/PAA水凝膠應變傳感器的應用展示：采用16位高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片完成模擬電信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，通過藍牙模塊完成無線傳輸和控制，從性能上保證了人體運動與機械手運動的高度同步，實現(xiàn)MXene/PAA水凝膠應變傳感器對機械手精準控制（圖6）。它不僅可以控制機械手完成簡單的開合動作，還可以感受到微小的動作變化，實現(xiàn)連續(xù)的懸停、跟隨等運動。

圖6. MXene/PAA水凝膠在可穿戴人機交互電子產(chǎn)品中的應用

綜上所述，該工作將柔性應變傳感器與PTM技術(shù)相結(jié)合，有利于實現(xiàn)健康監(jiān)測和溫度控制等功能，增強實用性和用戶體驗感，為未來柔性可穿戴HMI電子設(shè)備向多功能、高精度和綠色環(huán)保的方向發(fā)展提供了新思路。