纳米纤维|用于多功能透气生物电子学的 β 相富激光诱导分层交互 MXene 增强碳纳米纤维氟化氢|机械

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【纳米纤维|用于多功能透气生物电子学的 β 相富激光诱导分层交互 MXene 增强碳纳米纤维】

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分层交互式3D多孔软碳纳米纤维(CNF)在可穿戴生物电子界面方面具有巨大潜力，但90%的CNF来自与复杂生产方法相关的昂贵聚丙烯腈。在这里，介绍了另一种具有成本效益的含氟聚合物聚（1-二氟乙烯）（PDFE），以研究其在激光诱导碳化（LIC）上的过渡化学和结构演变。 Ti3C2TX-MXene的浸渍和脱氟化氢被认为对于增强β相和增强基于PDFE的纳米纤维至关重要。探索了在LIC过程中通过环化/交联分解将脱氟化氢MXene-PDFE纳米纤维的β相转化为sp2杂化六方石墨结构。值得注意的是，这种方法产生的激光诱导分层CNF (LIHCNF)具有高碳产率(54.77%)、导电性（薄层电阻= 4 Ω sq-1）和超过500次弯曲/释放循环（在10%弯曲范围内）的稳定性.使用LIHCNFs ，一种与皮肤相容的透气和可重复使用的电子纹身设计用于监测长期生物电势和操作家用电子产品的人机界面。具有高透气性(≈14 mg cm?2 h?1)的LIHCNFs-tattoo与人体皮肤形成顺应性接触，导致低电极皮肤阻抗(23.59 kΩ cm2)和低噪声生物电位信号（信噪比） SNR = 41 dB) 。这一发现提供了一种互补的聚合物前体和碳化方法来生产具有适当结构特征和多功能生物界面设计的CNF 。
韩国广运大学
1简介
从个人保健到人体生理学再到人机生物界面，各种应用都需要柔软舒适的表皮电子设备或纹身。柔软的电子纹身(e-tattoos)形成顺从的皮肤接触以提高检测信号的质量至关重要。最近，大多数皮肤上的设备已经使用传统的、复杂的、昂贵的和耗时的方法（例如光刻、电子束、溅射、化学气相沉积和蚀刻），这是确保柔软度、重量、透气性和长期实用性的主要限制因素。因此，有必要使用有效且简便的方法制造采用具有高透气性和生物相容性的材料的电子电子产品。
值得注意的是，组装在3D交互网络中的电纺碳纳米纤维(CNF)表现出优异的导电性、热稳定性、机械强度，以及具有众多边缘位点、透气性和生物相容性的大活性表面积；它们因其在各种可穿戴应用中的潜力而备受关注。 CNF的性能取决于碳前体纤维的质量和热处理步骤的数量。最近， 90%的CNF已由昂贵的聚丙烯腈(PAN)纤维制备，因为它们的高碳产率（最高产率为57%）与困难的加工步骤相关。最初， PAN纤维垫在中等空气温度下稳定，导致环化反应和聚合物链的π共轭。稳定的纤维垫通过在真空下暴露于高温（1300和3000 °C）进行碳化。 PAN生产和碳化过程的复杂性降低了CNF的质量和性能。首先，在碳化过程中PAN的不良热导体和热梯度特性导致通过纤维的不受控制的转化和不均匀的孔径分布。其次，物理和化学活化过程难以控制。第三，热碳化过程耗时且需要能源密集型的高温烤箱。这些因素促使人们寻找替代前体和加工方法，以实现CNF的新用途。
迄今为止，已经研究了廉价的聚合物和原材料，例如聚乙烯醇、Matrimid 5218、聚酰亚胺、纤维素和木质素，作为PAN的替代品。 [7 12-14
这些廉价的前体限制了它们的使用。最近，另一种碳聚合物前体聚（1-二氟乙烯）（PDFE）在通过碳化生产高级CNF方面引起了广泛关注。作为一种半结晶聚合物， PDFE ([?CH2?CF2?
)纳米纤维(PNFs)包含五个结晶相：α、β、γ、δ和ε ，其中β相具有最大的偶极矩，因为氢（H)和氟(F)原子位于与碳主链相反的方向。 PNF具有出色的柔韧性、机械稳定性、生物相容性和疏水性，使其适用于生物医学应用。然而，它们的低机械性能、纤维脆性、不均匀转化和碳化过程中的低碳产率在很大程度上限制了它们作为CNF的有效使用。因此，稳健、低成本和高效的CNF过滤方法应该是一种多层次的策略：i)研究改善机械性能的机制， ii)了解转化化学的基本原理、微观结构的演变和结构-处理-性能关系，以及iii)其碳化方法。