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Kirigami-Inspired Highly Stretchable, Conductive, and Hierarchical Ti3C2Tx MXene Films for Efficient Electromagnetic Interference Shielding and Pressure Sensing
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2021-04-16 , DOI: 10.1021/acsnano.1c01277 Wei Chen 1 , Liu-Xin Liu 2 , Hao-Bin Zhang 1 , Zhong-Zhen Yu 2
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2021-04-16 , DOI: 10.1021/acsnano.1c01277 Wei Chen 1 , Liu-Xin Liu 2 , Hao-Bin Zhang 1 , Zhong-Zhen Yu 2
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Although Ti3C2Tx MXene sheets are highly conductive, it is still a challenge to design highly stretchable MXene electrodes for flexible electronic devices. Inspired by the high stretchability of kirigami patterns, we demonstrate a bottom-up methodology to design highly stretchable and conductive polydimethylsiloxane (PDMS)/Ti3C2Tx MXene films for electromagnetic interference (EMI) shielding and pressure sensing applications by constructing wrinkled MXene patterns on a flexible PDMS substrate to create a hierarchical surface with primary and secondary surface wrinkles. The self-controlled microcracks created in the valley domains of the hierarchical film via a nonuniform deformation during prestretching/releasing cycles endow the hierarchical PDMS/MXene film with a high stretchability (100%), strain-invariant conductivity in a strain range of 0%–100%, and stable conductivities over an 1000-cycle fatigue measurement. The stretchable film exhibits a highly stable EMI shielding performance of ≈30 dB at a tensile strain of 50%, and its EMI shielding efficiency increases further to 103 dB by constructing a two-film structure. Furthermore, a highly stretchable and sensitive iontronic sensor array with integrated MXene-based electrodes and circuits is fabricated by a stencil printing process, exhibiting high sensitivity (66.3 nF kPa–1), excellent dynamic cycle stability over 1000 cycles under different frequencies, and sensitive pressure monitoring capability under a tensile strain of 50%.
中文翻译：
受Kirigami启发的高拉伸性，导电性和分层Ti 3 C 2 T x MXene薄膜，可有效屏蔽电磁干扰和压力
尽管Ti 3 C 2 T x MXene片具有高导电性，但设计用于柔性电子设备的高拉伸性MXene电极仍然是一个挑战。受激折纸图案高拉伸性的启发，我们展示了一种自下而上的方法，可通过构造起皱的MXene设计高拉伸性和导电性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）/ Ti 3 C 2 T x MXene膜，用于电磁干扰（EMI）屏蔽和压力感测应用在柔性PDMS基板上形成图案，以创建具有主要和次要表面皱纹的分层表面。通过分层影片的山谷区域中产生的自控微裂纹在预拉伸/释放周期中不均匀的变形赋予分层PDMS / MXene膜高的可拉伸性（100％），在0％–100％应变范围内的应变不变电导率以及在1000周期疲劳测量中稳定的电导率。可拉伸膜在50％的拉伸应变下表现出约30 dB的高度稳定的EMI屏蔽性能，并且通过构建两层膜结构，其EMI屏蔽效率进一步提高至103 dB。此外，通过模版印刷工艺制造了具有高度集成的基于MXene的电极和电路的高度可拉伸且灵敏的离子电子传感器阵列，具有很高的灵敏度（66.3 nF kPa –1），在不同频率下在1000个循环中具有出色的动态循环稳定性，以及在50％拉伸应变下的灵敏压力监测功能。
更新日期：2021-04-28
中文翻译：
受Kirigami启发的高拉伸性，导电性和分层Ti 3 C 2 T x MXene薄膜，可有效屏蔽电磁干扰和压力
尽管Ti 3 C 2 T x MXene片具有高导电性，但设计用于柔性电子设备的高拉伸性MXene电极仍然是一个挑战。受激折纸图案高拉伸性的启发，我们展示了一种自下而上的方法，可通过构造起皱的MXene设计高拉伸性和导电性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）/ Ti 3 C 2 T x MXene膜，用于电磁干扰（EMI）屏蔽和压力感测应用在柔性PDMS基板上形成图案，以创建具有主要和次要表面皱纹的分层表面。通过分层影片的山谷区域中产生的自控微裂纹在预拉伸/释放周期中不均匀的变形赋予分层PDMS / MXene膜高的可拉伸性（100％），在0％–100％应变范围内的应变不变电导率以及在1000周期疲劳测量中稳定的电导率。可拉伸膜在50％的拉伸应变下表现出约30 dB的高度稳定的EMI屏蔽性能，并且通过构建两层膜结构，其EMI屏蔽效率进一步提高至103 dB。此外，通过模版印刷工艺制造了具有高度集成的基于MXene的电极和电路的高度可拉伸且灵敏的离子电子传感器阵列，具有很高的灵敏度（66.3 nF kPa –1），在不同频率下在1000个循环中具有出色的动态循环稳定性，以及在50％拉伸应变下的灵敏压力监测功能。
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