Hetero-Dimensional 2D Ti₃C₂T_x MXene and 1D Graphene Nanoribbon Hybrids for Machine Learning-Assisted Pressure Sensors

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.1c02567

迄今为止，已经有大量的研究工作致力于 MXene 在广泛领域的应用，包括储能、传感器，和执行器。MXene 已被证明可以有效提高压阻式压力传感器的灵敏度。MXene 的可压缩薄片-层压结构在外部压力下发生机械变形时可以引起相对较大的电阻率变化。因此，MXene 已成功用于检测人体运动，生物信号， 声波，人机交互等等。不幸的是，与石墨烯等单原子 2D 材料不同，典型 MXene 的多原子层状结构所产生的横向尺寸相对较小以及固有的脆性通常会导致机械变形下的开裂或分层，从而导致循环稳定性差和大电阻率调制中的滞后。

在此，本文提出了异质元素掺杂剂诱导的Ti₃C₂T_x MXene 与氮掺杂石墨烯纳米带 (NGNR) 的杂交。GNR 具有具有丰富边缘的一维几何形状，对于高水平的N掺杂（~6.8 %）来说本质上是可取的。此外，其亲水性和平面几何形状可以调节与 2D MXene 平面的有利界面相互作用。吡啶氮掺杂位点在 NGNR 中。由此产生的一维/二维异维混合体用于具有明显低滞后（滞后程度：1.33%）和宽传感范围（3 Pa-100 kPa）的压阻式压力传感器。通过可扩展的解决方案工艺制造的大面积（650px×650px）压力传感器阵列（8×8）被集成到座垫中进行健康监测，其中利用机器学习算法对座椅位置进行高精度分类（ > 95%）。

Sign-to-speech translation using machine-learning-assisted stretchable sensor arrays

https://www.nature.com/articles/s41928-020-0428-6

基于肌电图、压阻效应、离子导电性和电容效应以及摄影和图像处理的手语翻译设备已经被开发出来。然而，这些技术的大规模生产和广泛使用受到许多问题的限制，包括它们的结构复杂性，需要高质量的制造材料，差的化学稳定性，不适合用于长期佩戴，易受外部环境干扰和繁琐在实际使用中。例如，基于视觉的手语翻译系统对照明有很高的要求。光线不足会影响摄像机捕捉到的手势动作的视觉质量，从而影响识别结果。同时，基于表面肌电图的手语翻译系统对磨损的传感器的位置有严格的要求，这会影响翻译的准确性和可靠性。基于这些技术的设备成本也很高，限制了它们的广泛使用。

在本文中，我们报告了一种可穿戴的手语到语音翻译系统，用于将手语实时翻译成音频语音。模拟摩擦起电和静电感应8由手语组件生成的基于信号——包括手部配置和动作以及面部表情——被可穿戴的手语翻译系统转换为数字域，以实现手语到语音的翻译。我们的系统具有良好的机械和化学耐久性、高灵敏度、快速响应时间和出色的拉伸性。为了说明可穿戴手语翻译系统的能力，在机器学习算法的帮助下，共采集并成功分析了 660 个基于美国手语 (ASL) 的手语手势。系统识别率高达98.63%，识别时间短，小于1s。

Scalable Fabrication of Kevlar/Ti₃C₂T_x MXene Intelligent Wearable Fabrics with Multiple Sensory Capabilities

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.1c00749

Kevlar 芳纶纳米纤维 (KANFs) 是最强的聚合物材料之一，也被称为 Kevlar，是一类由纳米级聚对苯二甲酰对苯二胺 (PPTA) 组成的一维有机纳米材料。Kevlar 通常用作增强填料以构建高性能复合材料。最近，已经提出了先进的功能和智能应用来构建源自商用 Kevlar 纱线的智能传感器。例如，具有机械鲁棒性的导电核壳芳纶纳米纤丝 (ANF) 被用于感测应变和湿度。涂有弹性橡胶和银纳米颗粒复合材料的导电凯夫拉纤维用作敏感的基于纺织品的压力传感器，以无线方式控制机器。ANFs/MXene 气凝胶用于检测具有实时反馈和高灵敏度的人体运动。然而，这些基于 Kevlar 光纤的传感器受限于低检测灵敏度和窄传感范围。低效率阻碍了可扩展的制造和真正的可穿戴应用。因此，在可扩展制造上开发低成本、易于制备和多功能的基于纤维的可穿戴设备显得尤为重要和紧迫。

在此，本文报道了一种具有多种感官功能的基于智能织物的感官系统，该系统将 Kevlar 纳米纤维与 MXene 纳米片通过连续湿纺策略。几个基于 Kevlar/MXene 织物的电子设备（KM 传感系统）是通过特定的组装工艺制造的。这些感官系统具有出色的灵敏度、出色的阻燃性、超快响应（90 ms）、弹性（110 ms）、灵活的呼吸监测以及对多样化液体分子的精确识别能力。此外，该传感系统为基于国际莫尔斯电码原理的智能信息加密、传输和保存中的无线检测提供了一种温和的方式。这些出色的功能使它们成为下一代可穿戴织物电子产品的有希望的候选者。