成果简介
可压缩、导电、超轻和超疏水的石墨烯气凝胶（GA）在可穿戴电子和吸附应用中很有前景。然而，传感性能不理想和缺乏多尺度结构调控仍然阻碍着多功能GA的发展。本文，昆明理工大学蔡金明教授团队在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Anisotropic Free-Standing Aerogels Based on Graphene/Silk for Pressure Sensing and Efficient Adsorption”的论文，研究报道了一种基于石墨烯/丝的多功能气凝胶——通过碱诱导的水热自组装策略建立了高度有序的三维还原氧化石墨烯（rGO）导电网络，而丝素蛋白（SF）通过静电相互作用与氧化石墨烯（GO）结合均匀分布在整个网络中。超轻rGO/SF气凝胶（GSA）具有电阻随压缩而变化的特性，因此可用于柔性压力传感器。
基于GSA的传感器可以检测低至0.35 kPa的压缩应力，响应时间为0.55 s，恢复时间为0.58 s。它在0.5至30 kPa之间具有良好的线性响应，灵敏度分别为0.54 kPa–1（0.5–4 kPa）和0.21 kPa–1。基于GSA的传感器也具有出色的耐用性，在12000次循环后保持稳定。作为概念验证，展示了它在健康监测、语音识别和运动捕捉方面的应用。此外，具有超疏水性的碳化rGO/SF气凝胶（C-GSAs）可以吸附各种有机物质（146.7–278.8 g/g）并实现油水分离。
图文导读
图1.GSA物理特性的制造和演示
图2.GSA和PGA的特征
图3.独立式GSA的结构表征
图4.基于GSA 的传感器的检测性能
图5.基于GSA 的传感器的应用
图6.吸附性能测试
小结
高导电但刚性的石墨烯和极其柔软但绝缘的丝可能为生产具有柔韧性和刚性的新型导电材料提供了机会，这激发了我们如何研究如何通过自组装合成这种有趣的材料作为一种新的复合材料加工策略。GO片材在碱感应作用下通过水热反应自组装形成高度有序的独立结构，静电相互作用为GO和SF的结合提供了可行的路径。一系列处理最终形成了一种优异的气凝胶，与传统的轻质多孔材料（如海绵）不同。考虑到GSA独特的电性能和多孔特性，本文分别探讨了GSA的传感应用和吸附性能。
通过更简单、更便宜的方法，我们已经证明了基于GSA的传感器在基于压力传感的动作捕捉、健康监测和语音识别领域以高保真度捕获响应信号。重要的是，它也预示着大规模生产，因为它是由无毒且易于获得的成分通过具有成本效益和简单的程序制造的。此外，高温退火C-GSAs不仅表现出优异的亲脂/疏水性能，保留了层状多孔结构，对有机溶剂和油的吸附性优异（特别是SF负载量较高的C-GSAs具有更强的吸附能力），而且表现出突出的油水分离性能和良好的可回收性。因此，一方面，GSA通过广泛的相关应用被确认为各种压力传感设备的理想候选者;另一方面，我们的研究为溢油清理和有机污染物废水处理提供了有前途的材料。
文献：https://doi.org/10.1021/acsami.3c03659
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