KAUST研究人员开发出新的2D纳米材料充当温度传感器

我们设想MXene阳离子通道有望在许多潜在应用中使用,包括温度传感,光电检测或光热电能量收集。

  KAUST的研究人员通过利用生物离子通道中使用的相同原理,开发了一种可以用作精确温度传感器的分层材料。

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  该SEM图像显示了在暴露于水/光/热之前从MXene中制备的层状膜。图片来源:KAUST 2020.

  蛋白质存在于人类细胞中,并充当带电离子的通道。皮肤中存在的一些离子通道依靠热来推动产生电信号的离子流,这些电信号可用于感测环境温度。

  KAUST研究人员受到这种生物传感器的启发,因此制造了一种称为MXene的碳化钛化合物((Ti 3 C 2 Tx)。它包括几层厚度只有几个原子的化合物。带负电荷的原子,如氟或氧,覆盖在每一层上。

  MXene层之间的通道厚度小于1纳米。该团队采用扫描电子显微镜和X射线衍射等方法对其MXene进行分析。结果发现,在材料中加入水后,一定程度上增加了层间通道的宽度。

  当材料与氯化钾溶液接触时,通道变成足够大,使正钾离子能够通过MX烯,但阻断了负氯离子的路径。

  研究人员利用MX烯制作了一个微小的装置,并将其一端暴露在阳光下。具体来说,MX烯能够有效地吸收阳光,并将能量转化为热量。

  随之而来的温度升高引发了钾离子和水分子通过纳米通道从较冷的一端流向较暖的部分--这种效应被称为热渗透流。

  这导致了电压的变化,类似于在生物温度感应离子通道中观察到的情况。因此,该装置即使在1℃以下也能可靠地感知温度变化。

  当氯化钾溶液的盐度降低时,器件的性能有所改善,部分是由于通道对钾离子的选择性进一步提高。

  当光照在材料上的强度增加时,其温度和离子传输反应也以同样的速度增加。这表明,除了作为温度传感器,该材料甚至可以帮助量化光照强度。

  这项研究是KAUST教授Husam Alshareef和王鹏团队合作的成果。

  “我们设想MXene阳离子通道有望在许多潜在应用中使用,包括温度传感,光电检测或光热电能量收集。” Husam Alshareef说道。

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