水凝膠在實際使用過程中面臨的另一個問題是機械耐久性，水凝膠在機械損傷后會嚴(yán)重影響其力學(xué)性能，缺口的敏感性通常使其無法正常工作。MXene/LiCl/PAAm/PVA有機水凝膠具有優(yōu)異的機械延展性，并通過有效的能量耗散表現(xiàn)出缺口不敏感性。可以有效地抵抗缺口損傷，實驗和仿真結(jié)果表明，水凝膠在機械損傷后能有效耗散能量。水凝膠在高溫和低溫下長時間放置后仍具有優(yōu)異的力學(xué)性能。有機水凝膠展現(xiàn)出低的結(jié)晶峰，優(yōu)異的防凍性能是由于甘油與水和無機鋰鹽之間形成氫鍵的協(xié)同作用。室溫下保存的有機水凝膠幾乎沒有重量變化，證明了MXene/LiCl/PAAm/PVA有機水凝膠具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性，這對于水凝膠的實際長期使用至關(guān)重要。

實驗結(jié)果表明，濕度傳感器的靈敏度曲線可以劃分為兩個線性區(qū)域（S1: 40-70% RH, S2: 70-85% RH）。在70 ~ 85% RH的高濕范圍內(nèi)，其響應(yīng)值高達-103.4%/% RH，具有較高的靈敏度和良好的線性關(guān)系。在40% RH和70% RH之間測試了濕度連續(xù)變化下濕度傳感器的循環(huán)穩(wěn)定性。水凝膠濕度傳感器在多次循環(huán)中表現(xiàn)出穩(wěn)定的電阻響應(yīng)，表明其具有良好的動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。MXene/LiCl/PAAm/PVA水凝膠的潛在濕度傳感機理是含有甘油和LiCl的水凝膠具有優(yōu)異的保濕性和顯著的捕水能力。MXene表面富含親水性基團，吸附的水分子與MXene層上的官能團之間會形成氫鍵，導(dǎo)致層間距變大，電阻變化。對MXene/LiCl/PAAm/PVA水凝膠在高濕環(huán)境下具有快速的水捕獲和解吸能力。該傳感器在99%應(yīng)變下對不同濕度水平仍有響應(yīng)。并且顯示了非接觸式手指檢測的巨大潛力。

MXene/LiCl/PAAm/PVA有機水凝膠傳感器對通過鼻子和嘴的氣流進行監(jiān)測，觀察到呼氣時電阻的急劇變化，并顯示出快速的響應(yīng)時間。MXene/LiCl/PAAm/PVA有機水凝膠濕度傳感器有著寬的有效工作范圍，在不同工作距離下均表現(xiàn)出優(yōu)異的電阻響應(yīng)性。對不同受試者的呼吸反應(yīng)曲線。受性別、體型、年齡、健康狀況等因素的影響，不同的人呼吸頻率不同。易于區(qū)分的反應(yīng)曲線有助于進一步分析不同受試者的呼吸曲線。MXene/LiCl/PAAm/PVA濕度傳感器還可以監(jiān)測不同運動強度下的不同呼吸狀態(tài)。不同的運動強度會導(dǎo)致呼吸頻率和呼吸深度的變化。這些結(jié)果表明，濕度傳感器可以實時反饋不同狀態(tài)下的呼吸狀況，可以對運動過程中發(fā)生的呼吸相關(guān)疾病的潛在危險進行預(yù)警。

睡眠呼吸暫停的發(fā)生有時會危及生命，實時監(jiān)測睡眠過程尤為重要。水凝膠傳感器放置在被試口腔上時，可以看到正常呼吸呈現(xiàn)出規(guī)律、可重復(fù)、平滑的電信號響應(yīng)。當(dāng)受試者屏住呼吸模擬呼吸暫停時，觀察到一條近乎平坦的電曲線，表明存在睡眠呼吸暫停。該水凝膠傳感器可以監(jiān)測呼吸過程中胸部/腹部機械運動的變化。通過將MXene/LiCl/PAAm/PVA水凝膠置于Ni泡沫和石墨烯紙的兩個電極之間組裝超級電容器。通過同時輸出電壓和電阻信號，通過不同部位的不同信號相互印證，監(jiān)測結(jié)果更加準(zhǔn)確。以上實驗結(jié)果表明，該傳感器可以檢測到人體呼吸過程中的不同部位，對疾病的早期診斷具有重要意義，在簡單、實時、快速監(jiān)測人體健康方面顯示出巨大的潛力。

總結(jié)：作者采用LiCl與MXene協(xié)同作用，構(gòu)建了高靈敏環(huán)境穩(wěn)定的有機水凝膠濕度呼吸傳感器。該傳感器具有優(yōu)異的力學(xué)性能和濕度傳感性能，在水凝膠濕度傳感器領(lǐng)域應(yīng)用中展現(xiàn)出極大的潛力，對醫(yī)療領(lǐng)域可穿戴電子設(shè)備的發(fā)展具有重要意義。

來源：傳感器專家網(wǎng)