柔性MXene_壳聚糖_氧化细菌纤维素气凝胶传感器的制备及性能研究.pdf

纤维素科学与技术 2024,32(1):39-48 Journal of Cellulose Science and Technology E-mail: https:/ 柔性柔性 MXene/壳聚糖壳聚糖/氧化细菌纤维素气凝胶传感器的氧化细菌纤维素气凝胶传感器的 制备及性能研究制备及性能研究 黎永盛，陈春涛*，孙东平*（南京理工大学，江苏 南京 210094）摘 要：以氧化细菌纤维素、壳聚糖和 MXene 为基底材料，通过静电相互作用和京尼平化学交联制备高灵敏、稳定的导电气凝胶。利用 SEM 观察了气凝胶的微观结构，并通过 FT-IR、XPS、XRD 等手段表征了气凝胶的化学组成及晶型。最后评价了复合气凝胶的压敏性能和人体传感应用。结果表明气凝胶具有较低的质量，其密度仅为 1.202 g/cm3；其能在 500 ms 内实现对外力/自身形变的响应；在一定外力范围内，其电阻值在 8 0002 000 区间内变化；气凝胶对人体运动进行响应的同时还能区别出不同的运动状态。关键词：细菌纤维素；壳聚糖；京尼平；导电气凝胶；传感 中图分类号：R318.08 文献标识码：A 文章编号：1004-8405(2024)01-0039-10 DOI:10.16561/ki.xws.2024.01.11 近年来，灵活可穿戴的传感设备特别是压力传感器和应变传感器在人体健康检测、智能设备和人机交互等领域具有越来越广泛的应用，因此其也引起了众多研究者的关注1-3。目前大部分压力和应变传感器根据其传导机制大致可分为三种：压电、压阻和电容式传感器4-6。目前应用较为广泛的是压阻式传感器，其信号可以随着压力/应变的改变而发生变化，同时兼具高灵敏度、快速频率响应和结构简单的优点7。气凝胶由相互连通的三维支架组成，其低密度、高孔隙率、较大的比表面积、优秀的回弹性能及物理稳定性等优点使其成为了压阻式传感器的理想候选材料8-9。压阻式气凝胶传感器通常采用溶胶-凝胶工艺和超临界干燥/冷冻干燥技术制备而成，其常选用聚合物作为基本骨架并加入电活性材料以获得灵敏的响应信号10。压阻传感器气凝胶的力学和电学性能主要取决于其内部材料的韧性和界面结合11-12。细菌纤维素（BC）和壳聚糖（CS）作为绿色可持续生物质材料，其表面具有丰富的活性基团（羟基和胺基等）可供改性和材料间紧密结合，同时具有较强的机械强度，在气凝胶传感器的基本构架、支撑和交联等方面具有得天独厚的优势13-15。对于一些二维纳米材料（如石墨烯和 MXene 等），纤维 收稿日期：2024-02-04 基金项目：矿化细菌纤维素复合材料的微生物原位制备及机制研究（51803092）；细菌纤维素微纳尺度的组装调控研究及其 在生物组织工程领域的应用（51873087）。作者简介：黎永盛（1998），男，硕士；研究方向：多糖基气凝胶。*通讯作者：陈春涛（1988），男，博士研究生；研究方向：生物纳米纤维。 孙东平（1970），男，博士研究生；研究方向：生物功能材料胶。 素还可以通过非共价作用与其结合形成相互支撑的稳定网络结构，从而增强气凝胶传感器的力学性能和电学性能16-18。LUO 等19通过加入导电聚合物聚吡咯制备得到了纤维素基的压阻式气凝胶传感器，其灵敏度高达 58.9 k/Pa，并通过分析原料的比例和反应时间对聚吡咯/纤维素复合气凝胶结构、形貌和电阻的影响确定了最佳工艺参数。ZHOU 等20研发了一种纤维素纳米纤维与聚 3,4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）/聚苯乙烯磺酸盐（PSS）质子化组装而成的导电气凝胶，并通过乙二醇退火技术将该复合气凝胶的电导率提高了两个数量级，其作为应变传感器具有高达 14.8 的高灵敏度和高线性度。CHENG 等21制备了一种柔性纤维素基热电气凝胶，该热电气凝胶具有的优异压阻特性和柔韧性使其成为可穿戴压力传感器的理想候选。作为导电材料，MXene 具有多种优点，高导电性、高比表面积、亲水性和一定的生物相容性，能有效提升压力/应变传感器的性能22。CHENG 等23利用 3D 打印技术制备出了具有仿生微刺结构的 MXene 压力传感器，该传感器受启发于人体皮肤，可灵活附着于人体皮肤并具有各种优良的传感性能，包括高灵敏度、快速响应以及极小的检测极限，同时较低的成本和超薄的形态也便于其在人体传感中的实际应用。40 纤维素科学与技术 第32卷第1期（2024年3月）FU 等24制备了一种以 Ti3C2Tx MXene 为电极，MXene/聚苯胺（PAN）为中间层的压力传感器，相比于类似的材料，该传感器具有更快的动态响应（响应/恢复时间仅为30/20 ms），并且在经过10 000次循环后仍能保持自身物理特性和导电特性的稳定，可用于人体柔性可穿戴设备。基于以上背景，本文制备出了一种超轻的柔性导电气凝胶。该导电气凝胶以 BC 和 CS 为基本骨架，并通过氧化细菌纤维素（OBC）与 CS 之间的静电相互作用及壳聚糖京尼平交联的双重作用制成气凝胶。气凝胶的双交联结构赋予其良好的机械性能，而掺杂了 MXene 后气凝胶的导电性能得到显著提升，并能对外界压力及自身应变作出快速响应；此外，MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素导电气凝胶在相当大的压力载荷下也具有良好的电阻信号稳定性，这使其在人体运动检测中也具有潜在的应用价值。1 实验 1.1 试剂与材料 细 菌 纤 维 素 由 本 实 验 室 保 存 木 醋 杆 菌Acetobactor xylinum NUST 4.2 发酵获得，壳聚糖购自阿拉丁试剂有限公司，钛碳化铝（MAX）购自吉林一一科技有限公司。4-乙酰胺-2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物购自麦克林试剂有限公司，次氯酸钠购自阿拉丁试剂有限公司，亚氯酸钠购自上海易恩化学技术有限公司，盐酸购自国药集团化学试剂有限公司，京尼平购自阿拉丁试剂有限公司。1.2 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素气凝胶的制备 MXene 的制备：首先将 2 g 氟化锂加入聚四氟乙烯水热釜中；在通风的条件下将 10 mL 去离子水加入到 30 mL 37%的浓盐酸中，随后将稀释后的盐酸缓慢加入水热釜，一边搅拌一边加入 2 g 钛碳化铝 Ti3AlC2。反应过程中将水热釜置于 35的水浴环境中加热搅拌 30 h。将制备得到的 MXene 离心洗涤多次，最终得到浓度为 6 mg/mL 的 MXene 水相悬液。MXene 的制备反应式如式（1）（3）25。3232362Ti AlC6LiF 3HClTi CLi AlF3LiCl3/2H+=+（1）3223222Ti C2H OTi C(OH)H+=+（2）3232 22Ti C2LiF 2HClTi C F2LiClH+=+（3）氧化细菌纤维素（OBC）的制备：将洗涤后的细菌纤维素BC以10 000 r/min的速度均质30 min，过滤后加入一定量配制好的磷酸盐缓冲液（0.05 M，pH 6）；60搅拌 30 min 后，向 BC 悬浮液中加入4-乙酰胺-TEMPO（0.002 2 g/g BC）、次氯酸钠（0.11 mL/g BC）和亚氯酸钠（0.17 g/g BC），继续搅拌24 h后将悬浮液离心透析并冷冻干燥，最终得到 OBC。MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素气凝胶的制备：将 0.2 g 的 OBC 分散到 28 mL 去离子水中形成均匀悬浮液，同时将 0.2 g 的壳聚糖溶解于 28 mL 0.1%的 HCl 溶液中，将二者按 11 的质量比混合并搅拌得到分散良好的混合体系。随后将交联剂京尼平加入到悬液中，其中京尼平质量为壳聚糖 CS 质量的 5%。将混合好的悬液在 32下搅拌 24 h 得到双交联的 CS/OBC 体系，最后按照 CS/OBCMXene31 的质量比加入 6 mg/mL 的 MXene 水相悬液制成固含量为 0.58%的悬液，加入模具冷冻成型，冻干后得到 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素气凝胶。1.3 复合气凝胶表征 使用傅里叶变换红外光谱仪对 QC/OBC 气凝胶在 4000500 cm-1范围内进行红外光谱图谱采集，扫描次数 32 次；采用 X-射线衍射仪对材料晶体结构进行分析，射线源为 Cu K，管电压 40 kV，管电流 40 mA，扫描范围 580；经喷金处理后的材料贴在样品台上，使用扫描电子显微镜对其表面形态结构进行观察；采用 X-射线光电子能谱仪测定了材料的元素组成，并使用万能试验机进行了材料的压缩测试。1.4 压阻和电化学性能测试 本文在电化学工作站中采用计时安培法进行MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素气凝胶的压阻测试。所有的电化学测量均在电化学工作站的双电极系统中进行。2 结果与讨论 2.1 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素气凝胶的制备与表征 本文制备出了超轻导电的 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素气凝胶，其制备流程如图 1 所示，BC经氧化得到羧基从而带有负电荷，能与带正电荷的壳聚糖 CS 发生静电吸附作用从而形成交错网络结构；在此基础上壳聚糖在京尼平的作用下进一步交联，经冷冻干燥最终形成紧密的三维网络，为气凝胶提供了力学支持。OBC/CS 体系经京尼平交联后呈现蓝色，保持着液体的形态，但在冷冻干燥后仍能形成物理稳定的气凝胶。同时，MXene 表面具有丰富的活性基团（如-F、-OH 和-O 等），在这些活性基团的作用下 MXene 可以与 BC 和 CS 通过氢键结合得到稳定气凝胶26。冷冻过程中，MXene和BC、黎永盛等：柔性MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素气凝胶传感器的制备及性能研究 41 CS 在冰晶的排斥作用下逐渐排列，最终形成多孔的三维网络气凝胶。在气凝胶中掺杂的纳米材料MXene 大幅改善了气凝胶的导电性，与气凝胶的力学性能共同实现复合气凝胶的压阻特性。从MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素的实物照片可知，其呈黑色且具有较低的质量，具体为直径 14 mm、高 10 mm的圆柱形气凝胶，重量仅为 1.202 g/cm3。通过将固含量调整至 0.58%制备出的超轻气凝胶，保证便携性的同时还具有良好的压阻功能，是压力/应变传感器的理想候选材料。图 1 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素的制备流程及结构示意图 图 2（a）壳聚糖/氧化细菌纤维素、（b）MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素和（c）MXene 的 SEM 图像，（d）MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素的 EDS 元素分布图 42 纤维素科学与技术 第32卷第1期（2024年3月）从图 2 的 SEM 图像中可以看出，壳聚糖/氧化细菌纤维素具有孔洞结构，且其表面较为平滑。而随着 MXene 的加入，MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素的孔径下降且孔洞整体呈现碎片的形貌，其表面也与 MXene 类似呈现出粗糙的结构。结合 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素的EDS元素分布图像分析，Ti、O 和 C 元素占有相当的质量比重，符合 MXene的元素分布（含 Ti 和 C 元素），说明了 MXene 的成功引入。图 3 各样品的（a）XPS 谱图、（b）C 元素精细谱，（c）红外吸收光谱，（d）XRD 图谱 XPS（图 3a）分析了所有样品的元素组成，Ti 2p1、Ti 2p3 等多个峰表明了 MXene 在气凝胶中的存在，进一步证实了 EDS 的观察结果。此外，MXene的 O 1s 峰归属于其表面的各类含氧官能团（-O、-OH 等）27。C 元素的精细谱中（图 3b），281.98 eV处出现的峰归属于 Ti-C-Ti 键，进一步验证了 EDS的元素分析结果。图 3c 为各样品在 4000500 cm-1范围内的红外吸收光谱，从谱图中可以观察到，OBC、CS、壳聚糖/氧化细菌纤维素和 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素在 3400 cm-1附近都能观察到一个宽峰，对应于-OH 的伸缩振动，同时在 2920 cm-1附近出现了 C-H 的伸缩振动峰28-30。在 1728 cm-1处观察到了细菌纤维素的氧化峰。此外，经过京尼平处理的壳聚糖/氧化细菌纤维素和MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素样品在 1078 cm-1处出现特征带，归属于京尼平交联所形成杂环化合物的 C-N 键，进一步验证了京尼平的成功交联。图 3d 中 MXene 图谱在7.4出现的特征峰归属于MXene的(002)晶面，在 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素的图谱中也观察到了该特征峰；此外 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素中 1417 处的两个重叠峰归属于 I 型纤维素的(10)和(110)晶面。特别地，纯壳聚糖（CS）于 20.1处的特征峰在经过 OBC、MXene 的混合和交联作用后已无法被观察到，说明 CS 的晶形结构被破坏，其在复合气凝胶中的掺入主要发生在结晶区31。O 1sTi 2p1Ti 2p3C 1sTi 3sTi 3pN 1s黎永盛等：柔性MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素气凝胶传感器的制备及性能研究 43 2.2 压缩/弹性性能及压敏性能 图 4 壳聚糖/氧化细菌纤维素和 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素的力学性能，（a）壳聚糖/氧化细菌纤维素和 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素压缩至 80%应变的压缩曲线；（b）各样品的压缩模量；（c）MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素从 0 到 30%应变的压缩-释放曲线；MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素气凝胶在不同应力下的 I-V 曲线及响应；（d）MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素在不同应力下的 I-V 曲线；（e）MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素在不同应力下的响应；（f）MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素气凝胶于 1.27 kPa 压强下的响应时间从图 4a 中可以看到气凝胶的压缩曲线分为三个阶段：1）线性阶段：应力与应变呈线性相关，随着应变的增大，应力也逐渐增大，对该阶段内的曲线进行拟合并计算斜率可以得到材料的压缩模量；2）屈服平台阶段：此时的材料开始发生非弹性形变，在外力的作用下气凝胶内部结构开始彼此接触，孔洞结构逐渐压缩坍塌，应力-应变曲线不再呈线性增长；3）密实化阶段：在这个阶段的气凝胶随着形变的微小增加，应力急剧加大，气凝胶内部的孔洞结构几乎被完全破坏，呈现出密实化的趋势。将高 10 mm、直径 11 mm 的圆柱形复合气凝胶于万能试验机上进行压缩试验。图 4a 为壳聚糖/氧化细菌纤维素和 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素压缩至 80%应变的压缩曲线，结合图 4b 中各样品的弹性模量可以观察到，随着 MXene 的加入，MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素的弹性模量有所提升，但壳聚糖/氧化细菌纤维素和 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素二者的弹性模量都保持在非常低的范围（0.030.1 kPa），这是由于复合气凝胶内部的三维多孔结构；同时较低的弹性模量意味着施加较小的应力时材料内部的变形将更大32-33。此外，复合气凝胶内部存在的大量氢键提高了其抗撕裂和抗疲劳的能力，并使其从应变中恢复的速度加快。图 4c中的压缩释放循环曲线说明了复合气凝胶优异的柔韧性，气凝胶在压缩至 30%后仍能恢复到原来的形状；在经过多次循环后气凝胶仍具有一定的可恢复性，这为气凝胶在压力/应变传感的多次循环应用中提供了力学支持。表 1 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素气凝胶 在不同压强下的电阻值 压强/kPa 电阻值/0.318 6357.3 0.636 5524.9 1.272 2679.5 为了探究 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素对压力/应变的响应，本文以 I/I0来描述其灵敏度，由式（4）计算。000=(I-I)I/II （4）44 纤维素科学与技术 第32卷第1期（2024年3月）式中，I 为瞬时电流，I0为初始电流。本文选用了高 10 mm、直径 14 mm 的圆柱形气凝胶来测试并绘制其 I-V（电流-电压）响应曲线。图 4d 中，随着压强从 0.318 kPa 到 1.272 kPa 变化，复合气凝胶的电流-电压曲线呈现出良好的线性关系，表明其具有优异的导电性。此外，随着压强的逐渐增大，I-V 曲线的斜率也逐渐增大，这是由于外力作用下气凝胶内部彼此贴合，导电面积增大使得气凝胶电阻减小，进而使 I-V 曲线斜率增大。将图中的 I-V 曲线进行拟合并求斜率倒数得到复合气凝胶在不同压强下的电阻值。当 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素处于较小的应力下时，电阻可达 6 357.3；随着外力的不断增大，阻值不断减小，应力为 1.272 kPa 时气凝胶阻值为 2 679.5，对比0.318 kPa 下的阻值下降了 57.9%。本文还选用了长 20 mm、宽 10 mm、高 5 mm的长方体气凝胶来测试其对不同压强的响应，并使用不同的砝码以对其施加不同的压强。在 10 g 砝码（0.49 kPa）的小负载下，MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素仍可以释放稳定、明显的电流变化信号，而随着压强的不断增大，MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素的电流变化信号也随之增强，并且不同压强下的信号差别明显，易于分辨。图 4e 的压强响应信号图表明该复合气凝胶对不同的压强均能作出有效响应，且其拥有较宽的压强检测限（0.499.5 kPa）。响应时间是评价压阻式传感器传感性能的一个重要指标。图 4f 展示了 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素复合气凝胶在 1.27 kPa 压强下的响应曲线。当 1.27 kPa 的应力迅速施加于气凝胶之上时其加载压力的响应时间为 500 ms，卸载压力的响应时间也为 500 ms。外力作用于气凝胶时，内部的微结构开始贴合，电流传导面积大幅增大，电流信号出现跃变从而得到相关响应信号。MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素气凝胶的响应曲线表明其对外界压力具有快速响应，满足进一步人体运动传感的测试需求。图 5 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素在 30%应变下的循环压阻传感性能（a）及循环稳定性（b）图5a为MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素在30%应变下动态周期性压缩和释放的实时电信号响应曲线图，图中电信号表现出气凝胶压缩和释放时快速且较为稳定的起伏，表明气凝胶在该应变条件下仍对压缩应变保持着高敏感度。MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素气凝胶的导电性很大程度取决于其内部微观结构和多层纳米结构的接触面积。当复合气凝胶被外界施以应力，壁片层之间的空间减小，接触面积增大，从而产生了更显著的电流变化响应。而当外力增大时，气凝胶内部结构愈加紧实，彼此接触面积更大，使得电流变化愈加剧烈，这一结论在图 4d 中的 I-V 特性曲线图中可以得到证实。循环稳定性是评价压阻式气凝胶传感器性能的一个重要指标。为了研究 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素的循环稳定性，本文选用高 10 mm，直径11 mm 的圆柱形气凝胶，使其在 1.2 kPa 的条件下进行了 500 s 的加载卸载循环测试。如图 5b 所示，整个循环过程前半段和后半段时间内气凝胶的响应曲线几乎没有变化，表明其在长时间循环的情况下仍具有优异的稳定性，在传感器的实际应用具有巨大潜力。黎永盛等：柔性MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素气凝胶传感器的制备及性能研究 45 图 6 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素传感器的温度稳定性；（a）MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素在 0时的响应曲线；（b）MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素在 50时的响应曲线；MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素的电阻应变效应测试 除了耐久性，传感器在不同温度下的稳定性也是评价其性能的重要指标。为了验证 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素气凝胶在不同温度下的传感稳定性，本文将气凝胶分别放置于 0（图 6a）和 50（图6b）的环境中一段时间，随后对其施加外力并观察电流变化响应情况。结果表明，复合气凝胶在两个温度下仍能提供稳定的电流信号，其在 050的范围内温度对气凝胶的响应性能并无显著影响，这一结果说明复合气凝胶在人体应用常见温度范围内具有良好的温度稳定性。为了进一步分析 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素的机电性能，本文选用高 10 mm、直径 14 mm 的圆柱形气凝胶并用铜导电胶和导线固定串联在电路中，通过小灯泡的明暗变化反应气凝胶在不同压强作用下的电阻变化，如图 6c 所示。图中，小灯泡的亮度与气凝胶的机械变形同时变化。当气凝胶接入电路中而不施加任何外力作用，小灯泡仍能发光，说明气凝胶本身就具有较为良好的导电性；随着压强从 0 kPa 逐渐增加到 12.74 kPa，灯泡的亮度也出现梯度变化，呈现出逐渐变亮的特点，同时也说明气凝胶电阻的逐渐减小。结合图 4d 中复合气凝胶的 I-V 曲线和表 1 中气凝胶不同压强的电阻值，MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素在一定的压强范围内具有良好的线性 I-V 特性，这也表明了气凝胶的优异导电性，是后续应用中的电性能基础。2.3 传感器应用测试 图 7 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素传感器在人体关节运动监测中的实际应用，（a）手指关节运动照片；（b-c）MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素对手指关节慢/快运动的响应曲线；（d）手腕关节运动照片；（e-f）MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素对手腕关节慢/快运动的响应曲线 46 纤维素科学与技术 第32卷第1期（2024年3月）考虑到 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素具有的可压缩性、抗疲劳特性、稳定的电流变化响应以及高灵敏度，本文进一步探究了该复合气凝胶作为可穿戴压阻式传感器的应用。本文选用长 20 mm、宽10 mm、高 5 mm 的长方体气凝胶组装了一个简易可穿戴传感设备（图 7a 和图 7d），并成功检测到了人手指关节和手腕关节运动时的电流变化信号。当MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素贴合在手指关节处时，随着关节较缓慢的弯曲伸直运动，气凝胶传感器能够收集到稳定而清晰的电流变化信号，响应曲线的峰尖出现平台，表明气凝胶正随着手指关节的伸直运动逐渐恢复形变；当手指关节的运动加剧时，气凝胶传感器的响应曲线峰也逐渐变得密集而尖锐，表明了传感器的高灵敏度。在手腕关节运动的信号监测中也能观察到类似现象，这说明MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素气凝胶传感器不仅能对人体运动作出信号响应，还能清晰识别人体的不同运动状态，结合其优异的高线性灵敏度和稳定的机械性能，该复合气凝胶可以成为柔性可穿戴电子器件的理想候选材料。图 8 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素对人体行走运动的 响应信号 本文还探究了 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素对人体步行运动状态的响应。将复合气凝胶固定在人体的前脚掌并测试其在步行状态下的电流变化响应。从图 8 中可以观察到，在前脚掌较大压力的条件下，该传感器仍能作出清晰快速的响应，电学信号值可达 250 左右，同时信号峰密集且尖锐。以上结果表明 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素可以满足更广泛的应用场景，例如辅助患者康复训练或者进行步数监测。3 总结 以细菌纤维素和壳聚糖为基本骨架制备带有传感功能的导电气凝胶。通过氧化的改性方法得到了氧化细菌纤维素，带有负电荷的 OBC 与带正电荷的 CS 之间发生静电相互作用，同时 CS 在京尼平的交联作用下进一步形成三维网络结构，最终形成双交联的复合气凝胶；MXene 的掺入则大大提升了气凝胶的导电性能，通过与气凝胶特有的机械性能相结合实现了对压力/形变的灵敏响应。压缩实验结果表明 MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素复合气凝胶拥有较好的机械性能和回弹特性，对于外界压力和自身形变都能作出快速响应，而随着外力/自身形状的改变，气凝胶的电阻值也随之变化。这些特性都构成了该复合气凝胶传感功能的基础。人体应用测试结果表明，当人体进行运动时，MXene/壳聚糖/氧化细菌纤维素可以随之产生快速且稳定的电流变化信号，从而实现对人体运动的响应和人体运动信息的监测。此外，对于人体的慢/快速运动，气凝胶传感器也能响应并帮助识别不同的运动状态。气凝胶传感器的优良性能为其在生产生活中的实际应用提供了可能。参考文献：1 HE Y,GUI Q,WANG Y,et al.A Polypyrrole elastomer based on confined polymerization in a host polymer network for highly stretchable temperature and strain sensorsJ.Small,2018,14(19):1800394.2 GONG S,LAI D T H,WANG Y,et al.Tattoolike polyaniline microparticle-doped gold nanowire patches as highly durable wearable sensorsJ.ACS Applied Materials&Interfaces,2015,7(35):19700-19708.3 SONG Y,CHEN H,SU Z,et al.Highly compressible 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