Nano Res.[半导体]│济南大学逄金波—刘宏团队：MXene基拟人传感器与致动器

人类通过视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉、空间和平衡来感知世界。这五种感觉是人们生活的先决条件。这些感知与眼睛、耳朵、舌头、鼻子和皮肤的信息感知相关。感官的退化或疾病可能会降低人类的幸福感。模仿五个感觉器官的人工传感器的发展往往会让人们对外界有一种清晰的感知。

MXene作为一种新兴的二维材料，已广泛应用于各种传感器和致动器研究。在这篇综述中，团队更新了基于MXene设计的模拟人类五种主要感觉的传感器和模拟人类肌肉和反射弧的致动器，这些传感器采用基于MXene的纳米片、薄膜以及与其他功能材料复合的复合物材料。

内封面图片 搭载MXene传感器和人工肌肉的人形机器人参加“MXene杯”篮球比赛。

当人体受到外界刺激时，感受器通过传入神经将信息上传到包括大脑在内的神经系统。然后，大脑反射性地向肌肉发送命令，以对包括光、气体、化学物质、声音和压力等刺激做出反应。MXene作为一种新兴的二维材料，已广泛应用于各种传感器和致动器。基于此，济南大学逄金波-刘宏教授团队/德国 Mark H. Rümmeli教授/德国Cuniberti教授及合作者总结了基于MXene的传感器在人类五感和致动器方面的应用进展。

图1. 基于MXene的模拟感官传感器和制动器

首先，团队简要介绍了MXenes的结构、性质和合成方法。然后，团队向读者提供了最近关于MXene衍生图像传感器的报告，这些传感器包括人工视网膜、气体传感器、化学生物传感器、声学设备和电子皮肤的触觉传感器。此外，还介绍了MXene基复合材料的致动器。最终，基于人工智能和人形机器人的需求，MXene研究将获得未来的机会，这可能会在伴随的医疗保健和生物医学工程应用中带来前景。

图2. 基于MXene的电子器件用于模拟人类器官的五种感官、大脑处理、神经通路和反射弧

图3. 基于MXene/钙钛矿/MXene的电探测器阵列作为图像传感器

图4. 基于MXene/Si异质结构的图像传感器

图5. 基于MXene/PDMS的压阻式压力传感器用于听觉传感

图6. 基于MXene的人工喉咙用于深度学习音节识别

图7. 基于MXene的化学电阻阵列，通过有多路复用器技术的数据采集卡对多种气体传感实现嗅觉传感

图8. MXene/Pt纳米颗粒/酶复合物修饰的玻碳电极，作为检测L-谷氨酸浓度的电化学传感器，实现味觉传感

图9. 用于电子皮肤的基于MXene/PpyNW VSNP PAM的压电电容式压力传感器，实现触觉传感

图10. 用于人体运动监测的基于MXene/聚酰亚胺气凝胶的压阻传感器

图11. 用于压力传感器的基于MXene复合材料的摩擦电纳米发电机

图12. 模仿叶肉细胞的基于MXene/纤维素的致动器

刘宏  ，山东大学晶体材料国家重点实验室教授，济南大学前沿交叉科学研究院院长，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。中国硅酸盐学会晶体生长分会理事，中国光学学会材料专业委员会会员理事，中国材料研究学会纳米材料与器件分会理事。主要研究方向：组织工程与干细胞分化、生物传感与体外诊断、光电材料与纳米能源等。十年来，主持了包括十五、十一五、十二五863、十三五国家重点研发项目和自然基金重点项目在内的十余项国家级科研项目，取得了重要进展。2004至今，在包括Adv. Mater., Nano Letters，ACS Nano，J. Am. Chem. Soc, Adv. Fun. Mater，Envir. Eng. Sci., 等学术期刊上发表SCI文章400余篇，其中，影响因子大于10的超过110篇，个人文章总被引次数超过30000次，H因子为80，50余篇文章被Web of Science的ESI选为高被引用论文，文章入选2013年中国百篇最具影响国际学术论文、2015和2019年度进入英国皇家化学会期刊“Top 1% 高被引中国作者”榜单。2018-2021连续四年被科睿唯安评选为“全球高被引科学家”。应邀在化学顶尖期刊Chemical Society Review和材料顶尖期刊Advanced Materials和 Advanced Energy Materials上发表综述性学术论文，在国际上产生重要影响。2022年担任BMEMat主编。授权专利40余项，分别在有关生化传感器和人工晶体方面进行了千万元专利成果转让，与企业合作进行产业化生产。2019年获山东省自然科学奖一等奖。

侯崇洋，济南大学，前沿交叉科学研究院化学专业2022级硕士生。导师：逄金波副教授，方向是二硒化钯等贵金属硫族化合物的热沉积法生长及光电子应用。在包括Small、ACS Sensors、Nano Research等期刊发表3篇（共同）第一作者的SCI论文，合作发表（或在投） SCI论文5篇，参加学术会议3次。 

Pang J, Peng S, Hou C, et al. Applications of MXenes in human-like sensors and actuators. Nano Research, 2022, https://doi.org/10.1007/s12274-022-5272-8.

识别二维码或点击左下角“阅读原文”可访问全文

B站

视频号

官网