相關(guān)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(shè)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(shù)的實時數(shù)據(jù)，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(yīng)變）和生化信號（如疾病標志物和蛋白質(zhì)分子）都敏感非常重要。響應(yīng)物理刺激需要改變材料的微觀形貌和孔隙率。響應(yīng)生化信號需要改善材料的電性能并集成特定的敏感物質(zhì)。因此，對敏感單元形貌及其電性能的協(xié)同調(diào)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(jīng)濟高效生產(chǎn)而被廣泛應(yīng)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(jié)構(gòu)為化學反應(yīng)和物理相互作用提供了大量的表面位點。此外，LIG與電解質(zhì)、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(diào)節(jié)激光加工條件來控制LIG的表面形貌、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和孔隙率，為調(diào)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(jié)構(gòu)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(chǎn)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(jié)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(chǎn)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(yīng)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