可降解气体和压力传感器：基于自组装三维多孔MXene褶皱球敏感材料

3. 所构建的气体和压力传感器在医用H₂O₂(2%)中6小时内均可实现快速可控的完全降解。

三维多孔Ti₃C₂Tₓ褶皱球的合成过程如图1所示。将制作完成的Ti₃C₂Tₓ胶体和PS球胶体按一定比例混合均匀，在超声雾化器中雾化成气溶胶，利用氩气带入高温管式炉中。在管式炉中，气溶胶遇到高温，水分瞬间蒸发。内应力的消失导致气溶胶中分散的Ti₃C₂Tₓ薄膜和PS球体塌陷并向内堆积。同时，PS球受热开始分解，产生CO₂气体，冲破Ti₃C₂Tₓ球体，在其表面形成大量孔洞。然后通过后端高压静电收集器收集三维多孔Ti₃C₂Tₓ褶皱球粉末。为了达到最佳的多孔效果，将不同量的PS球与Ti₃C₂Tₓ混合，合成了不同比例的三维多孔Ti₃C₂Tₓ褶皱球，分别标记为MS-2-5、MS-2-10和MS-2-20。

II 基于三维多孔Ti₃C₂Tₓ褶皱球的全MXene可降解室温NO₂传感器

将三维多孔Ti₃C₂Tₓ褶皱球(MS-2-10)与Ti₃C₂Tₓ胶体混合，通过真空抽滤制备三维多孔Ti₃C₂Tₓ褶皱球复合膜，可获得纯Ti₃C₂Tₓ薄膜所不具备的超高压力传感特性。如图5(a)所示，通过在Ti₃C₂Tₓ方块电极之间封装三维多孔Ti₃C₂Tₓ褶皱球复合膜，快速制作了全MXene可降解压力传感器。图4(b-c)为复合膜的截面形貌。从图中可以看出，在Ti₃C₂Tₓ膜之间有大量三维多孔Ti₃C₂Tₓ褶皱球。

传感器在不同压力下的响应值如图5(d)所示。传感器在0.14 kPa至22.22 kPa范围内线性灵敏度最高，为3.14 kPa⁻¹。在较小的压力范围内，施加在传感器上的外力导致三维多孔Ti₃C₂Tₓ褶皱球的变形，使得三维多孔Ti₃C₂Tₓ褶皱球上下的导电通道增加，从而电阻降低。然而，随着压力的进一步增加，当压力达到较大的压力范围时，三维多孔Ti₃C₂Tₓ褶皱球无法进一步压缩。施加压力只能进一步减小Ti₃C₂Tₓ薄膜与三维多孔Ti₃C₂Tₓ褶皱球之间的空隙，变化很小。因此，压力传感器的灵敏度分为两部分。在图5(e)中，可以观察到不同压力强度下电阻的实时变化。其中，在555.56 kPa的压强下达到了91.56 %的饱和响应值，而在非常低的140 Pa压强下达到了2.22%的响应值，说明压力检测范围非常出色。与之前报道的基于MXene和石墨烯的压力传感器相比，基于三维多孔Ti₃C₂Tₓ褶皱球的压力传感器线性检测范围最宽，为0.14~22.22 kPa，如图5(f)所示。对传感器进行了抗疲劳测试，通过连续施加41.67 kPa的负载1000次，观察到响应始终稳定在59%左右，如图5(g)所示。在55.56 kPa负载下，响应时间仅为34 ms，保证了传感器对压力负载的实时感知响应。

IV 可降解性能测试

图7. 全MXene可降解室温NO₂传感器与压力传感器的降解过程。