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        由于在單個結構中具有一個(納米管)和兩個(石墨烯)尺寸特征的協同效應,極低密度的碳納米管/石墨烯混合氣凝膠(CNG)是用于制造柔性器件的高潛力活性材料。然而,克服低電導率和劣質的CNG機械性能之間的長期難題仍然是一項艱巨的任務。

        超輕GO雜化CNTs氣凝膠增強電子和機械性,用于壓阻傳感器
        最近,中南林業科技大學吳獻章博士,和中科院蘭州化物所王金清研究員團隊通過十二烷基硫酸鈉(SDS)的三重作用設計,即錨定金屬離子,分散碳納米管和誘導自發光,可以輕而易舉地制造出具有出色的電子導電性和機械彈性的超輕CNG氣凝膠(1.52 mg cm-3)。結果表明,Ba2 可以通過與SDS偶聯以增強片間相互作用而有效地錨固在GO中間層中,從而顯著改善機械性能(楊氏模量高達18.3 kPa)。密度泛函理論計算表明,錨定的Ba2 作為分子橋可以有效地降低GO片之間的隧穿勢壘,并促進電子的多方向和快速傳輸,從而導致CNG的高電導率(12.55 S cm-1)。利用這些功能,已經證明了利用非凡的CNG作為活性材料在柔性傳感設備中的潛在應用,具有非凡的傳感性能,包括高靈敏度(48.6 kPa-1),超低檢測限(10 Pa)和超快響應( 18 ms)。

        超輕GO雜化CNTs氣凝膠增強電子和機械性,用于壓阻傳感器

        相關論文以題為Ultralight GO-Hybridized CNTs Aerogels with Enhanced Electronic and Mechanical Properties for Piezoresistive Sensors發表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上。

        【主圖導讀】

        超輕GO雜化CNTs氣凝膠增強電子和機械性,用于壓阻傳感器 圖1.(a)制作K-CNG的示意圖。(b)Ba(DS)2-CNT的示意圖。(c)超輕量(ρ= 1.52 mg cm–3)的K-CNGs氣凝膠站在蒲公英上。

        超輕GO雜化CNTs氣凝膠增強電子和機械性,用于壓阻傳感器 圖2. GO薄板中的層間錨定Ba2 。

        202106151558298831 圖3.樣品的結構和化學成分表征。(a)TEM和(b)K-CNG的放大TEM圖像。(c)P-CNG和K-CNG的拉曼光譜。(d)K-CNG,(e)GO氣凝膠和(f)P-CNG的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。

        超輕GO雜化CNTs氣凝膠增強電子和機械性,用于壓阻傳感器 圖4.密度為1.52 mg cm-3的各種樣品的機械性能。

        超輕GO雜化CNTs氣凝膠增強電子和機械性,用于壓阻傳感器 圖5. K-CNG的電子特性。

        超輕GO雜化CNTs氣凝膠增強電子和機械性,用于壓阻傳感器 圖6.基于K-CNG的壓阻傳感器的傳感性能。

        【總結】

        團隊采用了三重作用設計的SDS,配備了錨定金屬離子,分散碳納米管和誘導自組裝,展示了具有集成特征的超低密度K-CNG,包括高電子電導率(12.55 S cm–1),出色機械性能(楊氏模量高達18.3 kPa)和遠程有序分層結構。所有結果都證明了錨定的Ba2 在增強機械性能和電子傳導性方面均提供了便利,為克服超低密度K-CNGs在彈性和電子傳導性方面長期存在的困境提供了便捷的途徑。綜上所述,這些特性使K-CNG可以用作制造壓力傳感器的活性材料,該傳感器具有10 Pa的低檢測極限,超快的響應時間(18 ms)和令人著迷的人體檢測功能。團隊希望該制造策略可能會提供一種制備其他高性能CNG的有效方法,從而開創了用于柔性傳感設備的活性材料的新紀元。

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