由于其特殊的物理特性，石墨烯氣凝膠已被用于傳感應(yīng)用；然而，它們?nèi)狈C(jī)械特性，阻礙了它們的進(jìn)一步使用。在本研究中，采用冷凍干燥工藝設(shè)計(jì)并制備了具有獨(dú)特蜂窩結(jié)構(gòu)的疏水碳纖維和甲基三甲氧基硅烷增強(qiáng)石墨烯復(fù)合氣凝膠（aCF-MGA）。甲基三甲氧基硅烷（MTMS）和氧化石墨烯（GO）通過(guò)共價(jià)交聯(lián)和氫鍵形成致密的層間多孔網(wǎng)絡(luò)和固體層狀結(jié)構(gòu)。由于堿處理碳纖維（aCF）提供強(qiáng)大的機(jī)械支撐，aCF- mga氣凝膠具有卓越的機(jī)械品質(zhì)和獨(dú)特的“多孔蜂窩”結(jié)構(gòu)。由于多種物質(zhì)的協(xié)同作用，基于aCF-MGA氣凝膠的傳感器能夠檢測(cè)壓縮中的各種運(yùn)動(dòng)信號(hào)。它具有27.34 kPa
-1的高靈敏度和超高彈性、超輕密度（4.5 mg/cm
3）、高導(dǎo)電性（2.85 S/cm）、高抗疲勞壓縮（10,000次循環(huán)）、極短的響應(yīng)時(shí)間（96 ms）和短的松弛時(shí)間（68 ms）等優(yōu)異性能。
圖1. aGF-MGA氣凝膠制備示意圖。(a) aGF-MGA的制備。(b) aGF-MGA機(jī)制解釋。
圖2. 化學(xué)結(jié)構(gòu)。(a) GA、MGA和aCF-MGA的FTIR光譜。(b)典型aCF-MGA氣凝膠與純GA氣凝膠的XRD對(duì)比。(c) GA、MGA和aCF-MGA氣凝膠的XPS比較。(d) aCF-MGA的C1s譜。
圖3. 典型aCF-MGA氣凝膠的形態(tài)。(a) aCF-MGA3的SEM圖像。(b) MGA的SEM圖像。
(c) GA的SEM圖像。(d) aCF-MGA3的元素映射圖。
圖4. 機(jī)械的靈活性。(a) aCF-MGA3氣凝膠壓縮減壓試驗(yàn)照片。(b) 50%應(yīng)變下壓釋試驗(yàn)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。(c-f） 10-50%應(yīng)變時(shí)aCF-MGA1、aCF-MGA2、aCF-MGA3和aCF-MGA4的最大應(yīng)力、能量損失因子和高度保持。(g) aCF-MGA3在50%應(yīng)變下1000次循環(huán)的壓縮耐久性。(h)循環(huán)1000次后aCF-MGA3氣凝膠的最大應(yīng)力保留和高度保留。(i)不同應(yīng)變下aCF-MGA3的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。(j) GA、MGA和aCF-MGA的水接觸角比較。
圖5. aCF-MGA3應(yīng)變壓力傳感。(a)不同應(yīng)力下aCF-MGA3的I-V曲線。(b)傳感器的響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間。(c)不同壓力下aCF-MGA3氣凝膠的相對(duì)阻力變化。(d) aCF-MGA3氣凝膠在（0-10 kpa）范圍內(nèi)相對(duì)電阻響應(yīng)的靈敏度。(e) aCF-MGA傳感器與其他報(bào)告的傳感器之間的靈敏度和壓力值比較圖。(f) aCF-MGA3對(duì)LED亮度的壓縮和解壓；(g)傳感器在30%應(yīng)變下10,000次循環(huán)的穩(wěn)定性測(cè)試。
圖6. 基于aCF - MGA3的應(yīng)變/壓力傳感，用于人體的各種運(yùn)動(dòng)檢測(cè)應(yīng)用。(a)喉嚨發(fā)音“CCUT”。(b)吞咽信號(hào)。(c)小指屈曲。(d)大屈曲。(e)手腕屈曲信號(hào)。(f)屈膝信號(hào)。(g)的脈搏。
圖7. 傳感器陣列。(a)傳感器陣列示意圖。(b)傳感器陣列照片，傳感器陣列檢測(cè)(c) (f)手指，(d) (g)燒杯，(e) (h)剪刀的壓力分布。
相關(guān)研究成果由長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
Zhenyu Li課題組2024年發(fā)表在
ACS Applied Nano Materials (鏈接：https://doi.org/10.1021/acsanm.4c05293)上。原文：Carbon Fiber/Methyltrimethoxysilane/Graphene Composite Aerogel for High-Strength Strain Sensors
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
