纳米材料充当分子温度计

KAUST 研究人员开发的一种分层材料可以利用与生物离子通道相同的原理充当精确的温度传感器。人类细胞拥有各种蛋白质，它们充当带电离子的通道。在皮肤中，某些离子通道依靠热量来驱动离子流，从而产生电信号，我们用它来感知周围环境的温度。

受这些生物传感器的启发，KAUST 研究人员制备了一种称为 MXene 的碳化钛化合物 (Ti 3 C 2 T x )，它包含只有几个原子厚的多层。每一层都覆盖着带负电的原子，例如氧或氟。KAUST 博士后 Seunghyun Hong 是新温度传感器团队的一员，他说：“这些基团作为间隔物，将相邻的纳米片分开，允许水分子进入晶间通道。” MXene 层之间的通道比单个纳米还窄。

研究人员使用 X 射线衍射和扫描电子显微镜等技术来研究他们的 MXene，他们发现向材料中加水会稍微加宽层间的通道。当材料接触氯化钾溶液时，这些通道足够大，允许正钾离子通过 MXene，但阻止负氯离子通过。

该团队创建了一个包含 MXene 的小型设备，并将其一端暴露在阳光下。MXenes 在吸收阳光并将能量转化为热量方面特别有效。由此产生的温度升高促使水分子和钾离子通过纳米通道从较冷的一端流向较热的部分，这种效应称为热渗透流。这引起了与生物温度传感离子通道中所见相当的电压变化。因此，该设备可以可靠地感应不到 1 摄氏度的温度变化。

降低氯化钾溶液的盐度提高了装置的性能，部分原因是进一步提高了通道对钾离子的选择性。

随着研究人员增加照射在材料上的光强度，其温度以相同的速度上升，离子传输响应也是如此。这表明，除了充当温度传感器外，该材料还可用于测量光强度。

这项工作是 KAUST 教授 Husam Alshareef 和 Peng Wang 团队合作的结果。“我们设想 MXene 阳离子通道有望用于许多潜在应用，包括温度传感、光电检测或光热电能量收集，”该团队的共同领导者 Alshareef 说。

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