成果简介
开发一种具有对齐通道或壁的三维多孔网络结构的新制备策略一直是一个挑战。本文，湖南大学钟文斌教授团队在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Facile Preparation of a 3D Porous Aligned Graphene-Based Wall Network Architecture by Confined Self-Assembly with Shape Memory for Artificial Muscle, Pressure Sensor, and Flexible Supercapacitor”的论文，研究采用受限自组装策略，将多孔还原氧化石墨烯（HrGO）/木质素磺酸盐（Lig）复合材料定向锚定在Lig/单壁碳纳米管（Lig/SWCNT）水凝胶的框架上，通过真空辅助过滤和受限自组装，然后进行水热处理。冷冻干燥后得到的超轻Lig/SWCNT/HrGO al气凝胶具有出色的形状记忆特性，即使承受 86.2% 的高压缩应变，也能恢复到原来的形状。
此外，所制备的气凝胶用作水驱动的人造肌肉，具有强大的驱动力，可以举起1030.6倍自身重量的超高重量货物。当制备的 Lig/SWCNT/HrGO al气凝胶用作压力传感器时，它还表现出高灵敏度（2.28 kPa –1) 和 0.27–14.1 kPa 的宽检测区域。此外，由所制备的气凝胶薄膜组装而成的对称柔性超级电容器显示出优异的储能性能，可以承受 5000 次弯曲循环。目前的工作不仅制造了一种高性能的多功能材料，而且还开发了一种制备类似木材的3D多孔对齐壁网络结构的新策略。
图文导读
图1. Lig/SWCNT/HrGO al水凝胶和气凝胶的制造过程示意图。
图2. (a, b) Lig/SWCNT/HrGO 气凝胶横截面的 SEM 图像。(c, d) Lig/SWCNT/HrGO 气凝胶的垂直截面。(e, f) Lig/SWCNT/HrGO al气凝胶横截面的 SEM 图像。(g, h) Lig/SWCNT/HrGO al气凝胶的垂直截面。(i, j) Lig/SWCNT/HrGO al气凝胶的 TEM 图像。
图3. (a, b) Lig/SWCNT、Lig/SWCNT/HrGO和Lig/SWCNT/HrGO al的N 2吸脱附曲线和孔分布曲线。(c, d) Lig/SWCNT、Lig/SWCNT/HrGO、Lig/SWCNT/HrGO al和酸预处理的SWCNT的XRD图谱和XPS光谱。(eh) 酸预处理的 SWCNT、Lig/SWCNT、Lig/SWCNT/HrGO和Lig/SWCNT/HrGO 气凝胶的C1s光谱。
图4. (a) 不同高度的 Lig/SWCNT/HrGO al气凝胶的演示图像（上图）和 Lig/SWCNT/HrGO al在 30% 应变下的压缩恢复过程（下图）。
(b) Lig/SWCNT、Lig/SWCNT/HrGO和Lig/SWCNT/HrGO al气凝胶在不同应变下的压缩应力-应变曲线。
(c) Lig/SWCNT/HrGO al的压缩和恢复循环过程通过吸水和水热处理得到压缩应变约为 86.2% 的气凝胶。
(d) 通过吸水和水热处理在高压缩应变 (ε > 80%) 下 20 次压缩和恢复过程的变形保持率。
(e) Lig/SWCNT/ HrGO铝气凝胶水驱人工的弯曲-膨胀过程(上部)、十字形弯曲-膨胀过程(中部)和重物升降过程肌肉（下部）。
(f) Lig/SWCNT/HrGO al气凝胶基水驱动人造肌肉的张角随着水含量的增加而增加（左图），人造肌肉张角的减小与25℃蒸发时间。
图5. (a) 10mV s –1扫描速率下的CV曲线；
(b) 电流密度为1Ag –1时的GCD曲线；
(c) 不同电流密度下的比电容；
(d) 100 kHz 至 0.1 Hz 频率范围内的样本奈奎斯特图；
(e) 循环稳定性；
(f) 基于 Lig/SWCNT、Lig/SWCNT/HrGO 和 Lig/SWCNT/HrGO al气凝胶薄膜的 FSC 的 Ragone 图。
图6. (a) Lig/SWCNT/HrGO al薄膜的双重折叠和展开过程。
(b) 不同薄膜的应变-应力曲线（插图：Lig/SWCNT/HrGO al薄膜横截面的 SEM 图像）。
(c) 10 mV s –1扫描速率下的CV曲线；
(d) 电流密度为1Ag–1时的GCD曲线；
(e) 不同电流密度下的比电容；
(f) Lig/SWCNT、Lig/SWCNT/HrGO 和 Lig/SWCNT/HrGO al薄膜的奈奎斯特图。
小结
综上所述，Lig/SWCNT/HrGOal气凝胶还可以与纤维素/H2SO4水凝胶电解质组装成对称柔性超级电容器，并显示出优异的比电容、速率性能、循环稳定性和灵活性。目前简单有效的木质多孔排列壁网络结构有望用于制备高性能多功能材料，所制备的Lig/SWCNT/HrGOal气凝胶可应用于软穿戴设备和软机器人。
文献：https://doi.org/10.1021/acsami.2c00987
本文来自材料分析与应用，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
