成果简介
纤维素纳米纤维（CNF）气凝胶作为压力传感器和柔性电化学储能器，在可穿戴设备中具有相当大的潜力。然而，CNF的非定向组装导致其机械性能较差，从而限制了其在结构工程中的应用。本文，中南林业科技大学Yan Qing、吴义强教授在《INT J BIOL MACROMOL》期刊发表名为“Wood-inspired elastic and conductive cellulose aerogel with anisotropic tubular and multilayered structure for wearable pressure sensors and supercapacitors”的论文，研究提出受天然木材微纳米结构的启发，提出了一种兼具弹性和导电性能的各向异性气凝胶。
一维TEMPO纤维素纳米纤维 (TOCNF) 被用作结构构件，而二维还原氧化石墨烯 (rGO) 则因其高机械强度而被用作电子传输平台。通过快速单向冷冻和随后的蒸汽加热还原，形成了由多层薄片组成的定向排列管状结构。这些结构在整个多孔骨架中有效地传递了应力，使TOCNF-rGO气凝胶具有很高的可压缩性和出色的抗疲劳性（60%应变下2000次循环）。该气凝胶还表现出高灵敏度、宽检测范围、相对快速的响应和优异的压缩循环稳定性，适用于准确检测各种人类生物和运动信号。此外，TOCNF-rGO可以组装成柔性的全固态对称超级电容器，具有优异的电化学性能。预计这种生物质衍生的气凝胶将成为用于能量转换和存储的柔性电子设备的通用材料。
图文导读
图1.轻质弹性气凝胶的设计理念和合成策略
图2.气凝胶的形态特征
图3.气凝胶的多孔微观结构和化学复合材料
图4.TOCNF-rGO气凝胶的可压缩性和抗疲劳性
图5.TOCNF-rGO传感器的应变/压力响应和灵敏度
图6.基于TOCNF-rGO的压阻式传感器，用于检测生物信号
图7.基于TOCNF-rGO的ASS器件的电化学性能.
小结
综上所述，采用单向冷冻和蒸汽加热还原一体化方法制备了一种强、弹性、导电、轻质的TOCNF-rGO气凝胶。气凝胶具有类似于天然木材的各向异性管状结构和多层层状结构，具有高机械强度、可压缩性和回弹性能。这些显著的压力传感和储能特性表明，TOCNF-rGO气凝胶在医疗健康检测和可穿戴电子学方面具有潜在的应用前景。
文献:https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.126197
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