安徽大學岳陽/王思亮團隊在MXene材料領域取得多項突破性成果,相關研究覆蓋儲能電極設計與柔性傳感系統開發,為高性能電子器件研發提供了重要理論支撐和技術方案。團隊近期在材料領域頂尖期刊連續發表四篇論文,系統展示了MXene材料在離子傳輸優化、壓力傳感、集成傳感系統及多尺度孔結構設計方面的創新實踐。
針對厚電極離子傳輸效率低的難題,研究團隊開發出梯度納米限域MXene電極結構。通過精確調控層間距與面內介孔的協同作用,結合原位去質子化-再質子化技術實現通道擴展,成功制備出400微米厚電極。該電極展現出20.7 F/cm2的超高面電容,相關成果發表于《Advanced Materials》。這種仿生結構設計靈感源自自然界的分級輸運系統,有效解決了厚電極中離子縱向傳輸的瓶頸問題。
在柔性傳感領域,團隊受人體皮膚感知機制啟發,構建了滲透能驅動的二維納米流體壓力傳感器。該器件通過調控離子選擇性遷移,實現了13.1V的高電壓輸出與115ms的快速響應,檢測范圍達360kPa。結合深度學習算法,手勢識別準確率提升至95.78%,為智能人機交互提供了新方案。這項發表于《Advanced Materials》的研究,開創了自供能傳感系統的全新范式。
進一步拓展MXene的應用邊界,團隊研發出基于多孔MXene漿料的3D集成觸覺傳感系統。每個垂直單體單元同時具備微型超級電容器與壓力傳感器功能,通過刮刀涂覆與壓印工藝制備的大面積器件,展現出優異的柔韌性、低功耗特性及長期穩定性。該系統應用于智能門禁系統后,結合深度學習技術實現了基于按壓行為特征的精準身份識別,相關成果載于《Nano-Micro Letters》。
在基礎研究層面,團隊系統綜述了MXene多尺度孔結構的構筑策略,深入解析了微孔、介孔和大孔的協同作用機制。該綜述發表于《Materials Today》,詳細闡述了不同孔徑結構對離子傳輸效率、活性位點暴露及電解液潤濕性的影響,為MXene材料的理性設計提供了理論指導。
這系列研究形成了從基礎機理到器件創新的完整鏈條,不僅推動了MXene材料在儲能與傳感領域的應用,更為下一代柔性電子器件的集成化設計提供了關鍵技術突破。研究團隊通過跨學科交叉融合,在材料設計、制備工藝與系統集成方面建立了完整的技術體系。