成果简介
弹性石墨烯气凝胶在柔性压力传感器中具有广阔的应用前景。然而，由于结构调控方面的挑战，制备具有高灵敏度和可靠机械稳定性的石墨烯气凝胶仍然困难重重。本文，华东理工大学Cheng Ma/ 乔文明 教授团队在《Carbon》期刊发表名为“Innovative Fabrication of Ultrasensitive and Durable Graphene Fiber Aerogel for Flexible Pressure Sensors”的论文，研究提出了一种结合湿法电纺丝和冷冻干燥制备石墨烯气凝胶的创新方法。其结果是一种外柔内刚的棉状三维石墨烯纤维气凝胶（GFA）。这种气凝胶由随机堆叠的一维石墨烯纤维组装而成，质地柔软，抗压强度低，从而确保了高灵敏度。
此外，这种石墨烯纤维在高温热退火后具有很强的机械性能，保证了气凝胶的抗疲劳性和弹性。因此，组装好的基于GFA的压力传感器具有超灵敏度，灵敏度高达18.55kPa-1，检测限低至2Pa。GFA的优异性能表明，它在人体健康监测和运动检测方面具有巨大的应用潜力。此外，GFA的湿法电纺丝制备为石墨烯气凝胶的制备提供了一种新策略。
图文导读
图1.a） GFA制备策略示意图。b） GO/PAAS纤维在水和乙醇中的光学图像：水=8：2，c）GFA（16.4 mg/cm3）放在花朵上，d）垫子、圆柱体和立方体形状的GFA，e）垫状的GFA承受180度的弯曲和扭转。
图2.a， b） GFA-1 在各种放大倍率下的 SEM 图像。c） GFA-1的直径分布。d， e） GFA-1.5 在不同放大倍率下的 SEM 图像。f） GFA-1.5的直径分布。
图3.a） GOFA、GFA-C 和 GFA-G 的光学图像，展示了不同热退火温度对气凝胶体积的影响。b） FTIR 光谱，c） XPS，d） XRD 图谱，e） 拉曼光谱和 f） PAAS、GO、GOFA、GFA-C 和 GFA-G 的拉曼光谱中的二维峰。
图4.GFA的压缩性能
图5.基于GFA的传感器的压力传感性能
图6.基于GFA的压力传感器的应用
小结
总之，通过湿法电纺丝成功制备出了具有弹性、柔性和超灵敏性能的棉状纤维石墨烯气凝胶 GFA。由随机堆叠的一维石墨烯纤维组成的蓬松纤维结构保证了气凝胶的柔软性和低抗压强度，从而实现了传感器的高灵敏度。石墨烯纤维在高温热退火后具有很强的机械性能，形成的互连网络骨架确保了气凝胶的抗疲劳性和弹性。利用这种蓬松的纤维结构，基于石墨烯纤维的传感器具有超灵敏度，在 0-0.38kPa 和0.38-4kPa 下的灵敏度分别为18.55kPa-1和2.73 kPa-1，超低检测限为2Pa。因此，基于 GFA 的传感器在检测人体运动（包括脉搏、呼吸、语言和手指弯曲）方面表现出色，这表明它在人体健康监测和运动检测方面具有巨大的应用潜力。此外，GFA的湿法电纺制备为弹性石墨烯气凝胶的制备提供了一种新策略。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119484
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。
