成果简介
人们希望柔性智能材料能够有效地调节自身的变形，同时准确地感知其直接形态。石墨烯泡沫由于其出色的机械、电气和热性能，是一种有吸引力的应变感应和电气/热性能控制材料。然而，基于石墨烯泡沫的材料同时具有应变传感和变形控制能力的报道却很少。
本文，南京航空航天大学周建新等研究人员在《Small》期刊发表名为“3D Single-Layer-Dominated Graphene Foam for High-Resolution Strain Sensing and Self-Monitoring Shape Memory Composite”的论文，研究报道了一种多尺度设计的石墨烯泡沫，它具有单层石墨烯为主的微观结构和弹性的三维网络结构，从而使形状记忆聚合物具有优异的应变感应性能以及电导率和热导率的调制能力。石墨烯泡沫表现出0.033%的应变检测极限，53毫秒的快速响应，超过10 000次循环的长期稳定性，显著的热声效应，以及巨大的发热和热扩散能力。通过结合这些优势，我们展示了一种电激活形状记忆复合材料，它能够在变形过程中监测自身的形状状态。
图文导读
图1、制备石墨烯泡沫
图2、SLGF传感器的应变传感特性
图3、SLGF传感器对弯曲的反应
图4、可穿戴SLGF传感器在监测人体运动和生理信号中的应用
图5、a） SLGF 传感器的相对电阻随温度的变化。b） 在 45 °C 和 80 °C 之间反复冷却和加热期间 SLGF 传感器的相对电阻随时间的变化。c，d） 相对电阻变化对应于通过 SLGF 传感器的七次呼气。e，f） SLGF的热声效应。SPL与驱动电压的对数，记录在6 kHz和4 cm距离;插图显示了测试配置 （E）。驱动电压为 14 V （f） 时的声压级与频率的关系。
图6、两个SLGF-SMP复合样品及其电触发形状恢复过程。
小结
综上所述，成功开发了一种单层石墨烯主导的石墨烯泡沫。羽毛状石墨烯薄片和3D管状网络结构赋予SLGF低应变检测极限（0.033%）、快速响应（53ms）、长期稳健的机械性能（10 000次循环）和适当的电导率（98.2 S m−1). 基于SLGF的柔性和可穿戴传感器被用于检测人体肢体的运动、声带的振动以及手腕上的脉搏波和心跳，从而获得可靠和高分辨率的信号。在SLGF上还发现了显著的热声效应和灵敏的温度响应，证实了其优异的导热性和焦耳发热特性。实现了将SLGF嵌入形状记忆聚合物的方法，所得SLGF-SMP复合材料显示出电激活形状记忆行为和自我监控能力的独特组合。考虑到控制电路的简单制备和集成，相信本研究可以为未来柔性智能材料的设计和开发提供见解。
文献：https://doi.org/10.1002/smll.202205301
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