湖南大学《ACS AMI》：石墨烯/芳纶纳米纤维/聚苯胺纳米管气凝胶，用于压力传感器

成果简介

本文，湖南大学Wenbin Zhong等研究人员在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Mechanically Robust and Elastic Graphene/Aramid Nanofiber/Polyaniline Nanotube Aerogels for Pressure Sensors”的论文，研究展示了一种坚固、弹性和轻质的石墨烯/芳纶纳米纤维/聚苯胺纳米管 (rGO/ANF/PANIT) 气凝胶，通该气凝胶是通过混合氧化石墨烯（GO）、ANF和PANIT分散体，然后在90°C下进行热处理、冷冻干燥和低温退火工艺制备的。

PANIT将石墨烯片紧密结合，有利于复合凝胶的形成。ANF将石墨烯片紧密互连，并进一步显著增强复合网络框架，从而赋予rGO/ANF/PANIT 复合气凝胶强大的机械性能。制备的气凝胶具有约12 mg cm -3的低密度、高导电性、良好的回弹性和高压缩性。rGO/ANF/PANIT气凝胶作为压力传感器具有1.73kPa –1的高灵敏度、低检测限 (40 Pa)、宽检测范围和出色的压缩循环稳定性，突出了在压敏电气设备中的应用前景，包括医疗健康检测、可穿戴电子、智能包装等领域。

图文导读

图1. rGO/ANF/PANIT气凝胶的制造示意图。

图2. (a,b)rGO/PANI和(c,d) rGO/ANF/PANIT的SEM图像。(e,f) rGO/ANF/PANIT 的TEM图像

图3. (a) FT-IR 光谱，(b) XRD 图谱，(c) 吸附-脱附等温线曲线，和 (d) 所制备样品的孔径分布。

图4. (a) PANIT、rGO/PANIT 和 rGO/ANF/PANIT样品的XPS光谱。(b) PANIT、(c) rGO/PANIT 和 (d) rGO/ANF/PANIT的C1s光谱。

图5. (a) rGO/PANIT和rGO/PANI凝胶的照片。

(b) 使用H2O系统获得的rGO/ANF/PANIT水凝DMSO系统中获得的rGO/ANF/PANIT 凝胶的照片。

(c) 从DMSO系统获得的 rGO/ANF/PANIT气凝胶的压缩和恢复过程。

(d) DMSO 系统获得的rGO/PANIT 和rGO/ANF/PANIT气凝胶的压缩应力-应变曲线。

(e) rGO/ANF/PANIT 气凝胶在不同应变（25、30、40 和 45%）下的压缩曲线。

图6. rGO/ANF/PANIT 气凝胶传感器的灵敏传感特性

小结

总之，使用一维PANI纳米管和ANF纳米纤维增强石墨烯框架制备了坚固、弹性、导电和轻质的 GO/ANF/PANIT气凝胶。所制备的rGO/ANF/PANIT气凝胶在低温退火过程中表现出高导电性、机械强度和可压缩性以及良好的回弹性。有趣的是，rGO/ANF/PANIT 气凝胶组装成压力传感器，具有1.73 kPa–1的高灵敏度、低检测限 (40 Pa)、宽检测范围、短响应时间和出色的压缩循环稳定性（3000 次循环）。令人满意的传感性能使rGO/ANF/PANIT气凝胶作为有前途的压力电子器件，在医疗健康检测、可穿戴电子设备和智能包装中显示出潜在的应用。

文献：https://doi.org/10.1021/acsami.2c02538