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( 四 ) 氟化氢|机械

使用优化的LIC进一步探索了β相在LIHCNF形成中的作用。 D-MPNFs在1121和1516 cm-1处显示出两个强烈的峰值，分别对应于?CH2和?CF2摆动振动，这也可能是由于MXene官能团（?OH ， O和?F)和PDFE的CF2?CH2取向群。特别是，这些强烈的拉曼峰与β相有关。对于在1% LP下碳化的5 wt% D-MPNFs (F(β) = 77.6%) ，揭示了在1139 cm-1（D峰）和1578 cm-1（G峰）具有两个特征碳峰的石墨结构) ，而β峰消失，表明LIHCNFs的形成。 LIC处理后5、10、15和20 wt% D-MPNFs的IG/ID比分别为0.97、1.07、1.15和1.03 ，表明增强的β相在形成sp2-杂化碳。
2.4器件表征
图3a和图S6（支持信息）显示了作为LP函数的薄层电阻。薄层电阻随着LP的增加而逐渐降低，当LP为1%时达到最低值4 Ω sq-1 。当功率进一步增加时，薄层电阻增加，因为单位面积的高局部加热完全损坏纳米纤维并在交互网络之间产生间隙。 LIHCNF的薄层电阻和电导率低于先前报道的基于PAN的CNF ，并且比裸激光诱导石墨烯(20.6 Ω sq-1)低5倍。
图3
器件表征。 a)作为LP函数的薄层电阻。 b)独立且灵活的LIHCNFs薄膜和安装在手上的电子纹身的照片。 c) 10%弯曲范围内的相对电阻变化。 d)在相同的弯曲范围内进行500次弯曲/释放循环。 e)电阻随2.5%和5%拉伸应变的变化。 f)对于5%的应变，重复拉伸/释放循环最多90个循环。 gh)凝胶电极和LIHCNFs-纹身在干燥和潮湿皮肤上的接触阻抗以及10、100和1000 Hz下的相关阻抗值。 i)无孔多孔PDMS、有孔PDMS、透气BMT和PDMS孔/BMT/LIHCNFs的WVT随时间变化。
对于皮肤纹身，考虑到皮肤的自然畸形，柔韧性和可拉伸性很有趣。图3b显示了安装在手上的独立LIHCNF薄膜和电子纹身的照片。它们具有可拉伸性、柔韧性，附着在人体皮肤上后可能会伴随皮肤畸形。在10%的弯曲范围内，电阻的变化小于20% ，并在拉直后完全恢复（图3c）。弯曲过程中电阻的降低是由于LIHCNF位于下侧并在样品折叠时被压缩的概念。在相同弯曲范围下弯曲/释放循环500次后，电阻仅增加18%（图3d）。
此外，图3e显示了根据拉伸应变的电子纹身电阻的变化。在2.5%和5%应变范围内，电阻分别增加了29%和55% ，释放时电阻恢复到初始值。在较高应变（例如8%或10%）下， BMT发生塑性变形，导致不可逆的结构屈曲。在2.5%到5%的应变之间，由于表面的屈曲机制，阻力是完全可逆的。图3f说明了90次拉伸（5%）/释放循环的电阻变化测量。 90次循环后，电阻增加不到84% 。可以看出，图案在15%应变时开始断裂。值得指出的是，应变对LIHCNF电阻的高影响也证明了其在应变传感器中的潜在应用。
10 Hz的低电极皮肤阻抗值对于在电生理或生物电位信号监测中获得高信噪比(SNR)至关重要。在10 Hz时，与凝胶电极(40.26 kΩ cm2)相比， LIHCNFs-纹身表现出较低的阻抗(23.59 kΩ cm2)（图3gh）。 LIHCNFs-纹身的皮肤阻抗值明显低于文献中的干电极（参见表S1 ，支持信息）。阻抗主要与电极材料的顺应性皮肤接触、导电性和柔软度有关。 LIHCNFs-tattoo的电导率远高于商业凝胶电极和其他干电极。此外，由于CNF的柔软性/柔韧性和纹身的粘性，皮肤和导电LIHCNF之间的有效接触面积非常小，从而导致更适形的皮肤接触。此外，由于LIHCNF的多孔疏水性， LIHCNF纹身的皮肤阻抗在很长一段时间内没有太大变化（图S7 ，支持信息）。因此， LIHCNFs-tattoos可以用作长期医疗随访的电极。
高水蒸气传输(WVT)或透气材料是长期可穿戴和可重复使用的应用的首选，它们允许湿气和汗水快速蒸发，从而减少不适感并最大限度地减少炎症的机会。 WVT是根据ASTM E96评估的。测得无孔PDMS、带孔PDMS、透气BMT和带有LIHNCF的多孔PDMS/BMT的WVT率分别约为2.8、40、36和14 mg cm-2 h-1（图3i）。带有LIHNCF电子纹身膜的多孔PDMS/BMT表现出增强的WVT 。为了验证这一假设，根据国际接触性皮炎研究小组(ICDRE)的测试标准进行了长期皮肤测试（图S8a-f ，支持信息）。在5名志愿者的人类前臂皮肤上佩戴LIHCNFs纹身5天后，没有发生汗液积聚或过敏反应（图S8a-e ，支持信息）， LIHCNFs纹身的平均报告不适水平记录为1.29（图S8f ，支持信息）（0：无不适；10：最不适）。
2.5使用LIHCNFs-Tattoos进行生物电势监测
LIHCNFs-纹身可用作干电极，以连续监测电生理信号。为了测量ECG信号，两个LIHCNF纹身对称地放置在志愿者左右臂的内侧手腕上（图4a）。与凝胶电极相比， LIHCNFs-纹身提供了高质量的心电图信号（图4b）。放大后的ECG信号（图4c）显示了清晰可见的P、QRS复合波和T波形，反映了设备的高性能。 LIHCNFs-纹身适用于长期监测，在连续使用24小时（图4d ， e）和至少35天（图S9a ， b、支持信息）。通过LIHCNFs-tattoo测得的ECG信号的信噪比为41 dB ，甚至高于凝胶电极的信噪比(27 dB) 。它还超过了文章中的其他电极（表S1 ，支持信息）。 1周后， SNR仅下降到33 dB（图4f），而凝胶电极的SNR下降到17 dB 。