前沿：MXene传感器研究进展—从传统的生物、化学、物理传感器到智能、仿生设备的应用

研究背景

      在信息化时代，传感器是信息收集、检测和分析的关键设备，被广泛应用于国防、救灾、医疗诊断、环境监测、海洋勘探、工业生产、食品安全等。传感器通过检测某些生物相互作用、化学反应或物理变量来实现对目标物的定性和定量分析，并将其转换为电、光、热等容易被检测到的信号被感知。优异的传感器需要具备以下特点：灵敏度高，特异性强，检测限低，稳定性/耐久性好，响应时间快。由于检测环境的复杂性、检测目标的多样性，以及对高灵敏度、快速响应和耐久性的要求，促使了传感器不断地更新换代，进而推进了传感材料的发展。

      近年来，MXenes 因其优异的光学特性、出色的导电性和良好的亲水性等，被认为是发展高性能传感器的重要材料：1）较大的比表面积为各种修饰和反应提供了足够的面积，且刻蚀的 MXene 材料呈现出类似手风琴的结构，插入尿素或金属离子盐可以进一步扩大层间距，增加生物和化学反应的空间；2）丰富的表面官能团赋予MXenes良好的亲水性，可以通过修饰实现对特定目标的选择性检测；3) Ti₃C₂T_X具有类金属特性，电导率高达 4600 S cm^-1；4）MXenes具有稳定的结构，改性后的MXenes具有很强的抗氧化性，能承受强酸、强碱、高湿、高盐、高温等多种恶劣条件。

论文导读

      近日，广东工业大学秦玉文教授团队联合多家合作单位对MXene材料在传感器领域的应用发展状况进行了总结综述。总结了MXene材料在表面等离子体共振传感器、气敏传感器、应变传感器、表面增强拉曼散射传感器等9大类常见传感器中的应用。此外，除了在常规领域的应用外，本综述还总结了MXene传感器在仿生机器人、神经网络编码、人工耳蜗等前沿技术领域的应用。该综述以“MXene Sensors Based on Optical and Electrical Sensing Signals: From Biological, Chemical, and Physical Sensing to Emerging Intelligent and Bionic Devices”为题，发表于光学领域权威期刊PhotoniX。该论文第一作者为广东工业大学吴雷明博士，通讯作者为广东工业大学杨军教授，秦玉文教授，深圳大学张晗教授，湖南大学项元江教授。

主要研究内容

      传感设备是信息检测、处理和转换的关键节点，广泛应用于工业生产、环境监测、国防等不同领域。然而，随着应用场景的复杂化，以及检测目标的低可探测性，高性能传感器的需求也变得多样化，从而推动了传感材料和检测方法的不断迭代发展。近年来，Ti_n+1C_nT_x (n=1, 2, 3) MXenes凭借其出色的光学、电学、热学和机械性能，在物理的、化学的和生物的传感领域得到了广泛的关注。在本综述中，我们根据光学和电学传感信号，系统总结了MXene材料在应变、气敏、荧光等九大类传感器中的应用。Ti_n+1C_nT_x (n=1, 2, 3) MXenes优异的传感特性，使其在新兴的智能仿生设备中也表现出良好的发展前景，包括智能柔性设备、仿生电子皮肤、神经网络编码和学习、仿生软体机器人以及人工耳蜗等，本篇综述对其做了详细的总结 （如图1所示）。最后，我们展望了基于 MXene 的传感器未来的应用前景，包括人-机界面设计，智能传感，海洋传感等。MXenes在传感应用方面展现出蓬勃的发展势头，未来有望在各个领域带动越来越多的新技术发展。

观点评述

      MXene凭借其丰富的表面官能团、良好的亲水性、优异的生物相容性、高导电性和出色的机械性能等特性，在传感领域得到了广泛的研究和报道。该综述系统地总结了MXene材料近几年来的研究进展，从材料的制备方法，关键性能，传感应用，到未来展望。

主要作者

      吴雷明，本文第一作者，博士，广东工业大学青年百人引进人才，2020年加入先进光子技术研究团队，主要从事于新型传感材料的应用研究，近年来，在国际权威期刊上累计发表学术论文70余篇，其中以第一作者身份在PhotoniX，Laser & Photonics Reviews，Advanced Materials等期刊上发表学术论文20余篇，H因子40，论文被引次数 > 5000。

      秦玉文，本文主要通讯作者，广东工业大学百人特聘教授，先进光子技术研究院院长，国家重点研发计划首席科学家，广东省珠江人才计划引进出创新团队带头人，广东省信息光子技术重点实验室主任，Light: Science & Applications编委，《中国科学：信息科学》副主编，博士毕业于天津大学，先后在北京交通大学和弗吉尼亚理工学院和州立大学从事博士后研究，1998年调入国家自然科学基金委员会工作，2018年调入广东工业大学工作。目前主要集中于光纤通信、光纤传感和光学信息处理等方面的研究，先后主持和参与多项国家重大、重点项目的研究，发表科研论文40余篇。

• PhotoniX 属同行评议、开放获取（OA）高影响力国际期刊。是中国光学工程学会会刊，由中国光学工程学会、上海理工大学和西湖大学共同主办，由Springer Nature集团出版。上海理工大学顾敏院士和西湖大学仇旻教授担任期刊主编，庄松林院士担任期刊名誉主编。期刊拥有强大的国际编委和编辑团队。PhotoniX 主要报道国内外光学与光子学技术与信息、能源、材料、生命、精密制造、纳米、光电子器件、微纳米电子等学科交叉融合发展带来的颠覆性科研成果和最新的工程应用进展。以展现具有前沿性、多学科交叉和衍生性特点的技术为核心，成为推动国际前沿“使能技术”的平台。

• PhotoniX 已被SCI、EI、SCOPUS、DOAJ、ProQuest、CNKI、INSPEC、Dimensions等10多个数据库收录。2022年6月获得首个影响因子19.818，位列Q1区。同时进入《2022年中国科学院文献情报中心期刊分区表》，位列物理与天体物理大类和光学小类双一区，为Top期刊。中国科协首次颁布“光学工程和光学领域高质量期刊目录”PhotoniX 位列T1级。
  

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