李佳琦|具有真正 3D 宏观结构和高度工程化微结构的 3D 打印 MXene 气凝胶，可增强电气和电化学性能( 五 ) 京东|信用卡|苹果

Ti3C2Tx MXene气凝胶及其通过传统方法制造的复合材料已在之前的几份报告中作为压力传感器进行了研究。使用3D打印制造气凝胶可以为不同应用提供设计和传感器几何形状的灵活性。为了评估3DFP MXene气凝胶在压力传感方面的性能，我们对它们的机械和电气特性进行了表征（图3）。在这些测试中，使用9、12和15 mg mL-1分散体制造立方气凝胶（5 × 5 × 5 mm），测得它们的平均密度分别为9.73、12.56和15.69 mg cm-3 。气凝胶的机械性能通过具有高达50%应变的平面内压缩测试来表征（图3a）。在加载曲线中观察到三种不同的状态：0-5%压缩应变内的线性弹性区域， 5%和30%压缩应变之间的平台状区域，以及30%压缩应变后的非线性弹性区域。随着密度值的增加，在50%应变下的最大应力测量为1.3、2.25和4.04 kPa 。这一趋势与先前报道的3DFP气凝胶和冷冻铸造的原始Ti3C2Tx气凝胶非常吻合。

图3
3DFP MXene气凝胶的机械和电气性能。 a)在高达50%的压缩应变的单轴压缩试验后，具有不同密度的气凝胶的应力-应变图。 b）通过增加打印的MXene气凝胶的应变幅度（ρ = 15.69 mg cm-3）的多周期压缩的应力-应变曲线。 c) 50次加载-卸载循环的应力-应变曲线，最大应变为10% (ρ = 15.69 mg cm-3) 。 d)平行于冻结方向的不同密度Ti3C2Tx气凝胶的I-V曲线。 e)垂直于冷冻方向的不同密度Ti3C2Tx气凝胶的I-V曲线。 (d)和(e)插图中的箭头表示冻结方向。 f)气凝胶在10%应变下连续10个循环（ρ = 15.69 mg cm-3）的压缩阻力响应。 g) 3D冷冻打印的MXene气凝胶渗透到PDMS弹性体中。 h)在施加10%张力后，渗透在PDMS中的3D冷冻打印气凝胶的电阻响应。
15.69 mg cm-3气凝胶的机械响应在50%压缩应变值下提供最高应力响应，使用五步压缩加载-卸载应变进行了进一步研究，最高应变为50% ，增量为10%（图3b）.结果表明，随后的应力-应变曲线几乎回升到在前一个循环的最大应变值处测量的应力水平。对于所有增量值都重复这种趋势，表明具有极好的应变记忆效应。多循环压缩测试进一步揭示了3DFP MXene气凝胶的巨大弹性。 3D冷冻打印样品被压缩50个循环，最高10%的应变，以进一步研究结构的机械强度（图3c）。第二条加载-卸载曲线显示出小于3%的应力退化，这意味着3DFP MXene气凝胶保持其原始弹性和结构稳健性。 15次循环后， 10%应变下的应力响应稳定在≈0.87 kPa（图S4 ，支持信息），对应于11.2%的应力衰减。
使用电流(I) -电压(V)曲线研究制造的立方体样品的电导率随密度的变化。在图3d、e中，将MXene气凝胶放置在两个铜电极之间，使冷冻方向分别平行和垂直于测试方向。所有样品在各个方向上的电流响应与电压变化呈线性关系，遵循欧姆定律。由于气凝胶的微观结构特征，例如MXene壁的厚度或壁之间的距离，对气凝胶的密度有很大的依赖性，由于存在更多的空间和更少的空间，样品的电阻随着密度的降低而增加。微观结构中的层间连接。在我们之前的研究中也观察到了类似的行为，该研究报告了通过UFC方法制造的Ti3C2Tx气凝胶。平行配置的3DFP MXene气凝胶（在冷冻方向测量）表现出高电导率值：3.78、5.35和11.8 S m-1 ，密度分别为9.73、12.56和15.69 mg cm-3（图3d）。当气凝胶的冷冻方向垂直于铜板（在垂直于冷冻的方向上测量）时，样品的电导率分别为9.73、12.56和15.69 mg cm?1 ，分别降低到1.76、2.40和5.35 S m?1 3个样品，分别。由于单向冷冻导致的3D冷冻打印气凝胶的电导率各向异性与之前的报道非常一致。