【摘 要】
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柔性光电传感器通常需要外部电源供电,水凝胶是一类光学透明且具备优良机械延展性与功能修饰性的离子-电子混合导体,通过离子热电转换效应可以收集废热并为柔性光电传感器提供电能。基于二维材料MXene优良的光热吸收效应与水凝胶的离子热电效应,MXene复合水凝胶可完成光-热-电的转换,从而实现高性能的柔性离子热电器件与多功能光电传感器。本研究发现在聚乙烯醇（PVA）水凝胶中引入MXene和离子后,其离子热
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柔性光电传感器通常需要外部电源供电,水凝胶是一类光学透明且具备优良机械延展性与功能修饰性的离子-电子混合导体,通过离子热电转换效应可以收集废热并为柔性光电传感器提供电能。基于二维材料MXene优良的光热吸收效应与水凝胶的离子热电效应,MXene复合水凝胶可完成光-热-电的转换,从而实现高性能的柔性离子热电器件与多功能光电传感器。本研究发现在聚乙烯醇（PVA）水凝胶中引入MXene和离子后,其离子热电品质因数（ZTi）的三个参数（Si、σi、λ）均得到优化。MXene复合水凝胶在90%RH的湿度下具备高达11.6 m V/K的塞贝克系数（Si）,同时表现出更高的离子电导率（σi,3.5 S/m）和更低的热导率（λ,0.504 W/m/K）,在最佳条件下获得了0.235的ZTi值,这是目前纯水系固态电解质中的最高值之一。此外该水凝胶还具备约380%的高断裂伸长率和5.4 MPa的高机械强度,可用于制备可拉伸离子型热电超级电容器（ITEC）。保持恒温差时,ITEC在外部负载的反复开闭下表现出可逆的充放电行为。基于不同的水凝胶交联方式,通过掺杂MXene以及控制交联的程度,对水凝胶的热电极性进行了调控,分别获得n型与p型热电器件,以此可集成离子热电模组。基于MXene带来的高光热吸收系数与双电层电容（EDL）结构,MXene离子导电水凝胶同时具备光-热-电转换功能与压电效应,将其制备为多功能光电传感器,可用于检测光照、应变、温度等物理参数。MXene的引入极大提升了光电传感器的响应度与传感性能,MXene复合离子水凝胶在532 nm光波长下获得了3.8 m V/m W的高光-热-电转换系数,以及室温下的高应变响应度（GF=4.3）与高温度响应度（B值=1363 K）。将导电聚合物聚（3,4-乙基二氧噻吩）:聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）作为水凝胶支撑网络,通过MXene掺杂制备了适合3D打印的导电油墨以及具备50 S/cm高电导率的电子型导电水凝胶,可用于人体运动监测,表明离子型与电子型导电的MXene复合水凝胶在柔性光电子领域中具备巨大的应用潜力。
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