成果简介
由于性能优异，还原氧化石墨烯气凝胶（rGA）近年来得到了广泛应用。通常情况下，可以通过掺杂、复合或热处理来增强氧化石墨烯的机械和电气性能。本文，重庆交通大学向旭 副教授团队在《ACS Appl. Nano Mater》期刊发表名为“A Simple, Rapid, and Green Method for Preparing Highly Conductive Reduced Graphene Oxide Aerogel for Pressure Sensors”的论文，研究提出了一种使用两种还原剂生产高性能 rGA 的简单、快速且环保的方法。在还原过程中，抗坏血酸可交联并还原氧化石墨烯，而柠檬酸铵>的还原能力可恢复石墨烯片的共轭结构。
通过固定抗坏血酸的浓度和调整柠檬酸铵的用量，我们可以得到兼具机械和电气性能的 DrGA-2。DrGA-2 的最大应变和应力分别为 40.0% 和 21.5 千帕。同时，仅 10% 的压缩应变就足以引起 95% 的电阻变化率。将 DrGA-2 组装成电容式传感器后，在不同的应变条件下，其电容变化率从 80% 到 200% 不等，从而实现了对人体细微动作的实时监测。这证明了这种材料在这一领域的巨大潜力。
图文导读
图1.DrGAs的制备示意图。
图2.DrGA-1、DrGA-2、DrGA-3 和 DrGA-4 的 SEM 图像。
图3.（a） GA和DrGAs的应力-应变曲线。（b） DrGAs在压缩前、压缩后和修复后的照片。（c） DrGA-2的应力-应变循环曲线。
图5.（a） 使用由rGO和石蜡制成的圆形饼评估rGO电导率。（b） 不同浓度的抗坏血酸降低了rGO的抗性变化。（c） 不同浓度的柠檬酸铵降低了rGO的抗性变化。
图6. DrGA用于压力传感器
图7.（a） 电容式可穿戴设备的原理图。（b） 应力-电容曲线（两个周期）。（c） 改变手指弯曲的电容率。（d） 手腕弯曲。（e） 肘部弯曲。（f） 拿起和放下水杯。（g） 拿起一支笔和一个小瓶子。（h） 以不同的音量发言。
小结
总之，本研究介绍了通过双重还原机制制备用于压力传感器的绿色 rGO 气凝胶。与传统方法相比，这种方法的制备过程更加简便、无污染，制备出的气凝胶具有良好的机械和电气性能。该方法利用抗坏血酸和柠檬酸铵两种还原剂协同制备 DrGA。虽然抗坏血酸具有一定的还原能力，但它在凝胶形成过程中主要起交联剂的作用。而柠檬酸铵缺乏交联能力，但其强大的还原能力可以恢复 GO 片上的共轭结构，从而增强 DrGA 的导电性。因此，柠檬酸铵的浓度对 DrGA 的性能有很大影响。当柠檬酸铵的浓度较低时，可以改善 DrGA 的机械和电气特性。然而，当使用过量时，柠檬酸铵会破坏抗坏血酸的交联效果，降低气凝胶的机械强度。通过优化还原剂和 GO 之间的比例，制备出的 DrGA-2 具有优异的机械和导电特性。
DrGA-2 的最大压缩应变和应力分别为 40.0% 和 21.5 kPa，大大超过了只达到29.6%和14.3kPa的rGA。值得注意的是，即使在20%的循环压缩应变下，DrGA-2也能保持50个循环以上的结构稳定性。在制成压力电容式传感器后，DrGA-2在实时监测人体运动方面表现出色，即使在应变极小的情况下，电容变化率也能达到80%到200%。这使它成为可穿戴设备的理想候选器件。这项研究提出了一种实用高效的高性能 rGA 制备策略，其特点是简单、快速、节能和环保。此外，它还提供了一种新颖的研究方法，通过直接的化学方法实现机械性能和电气性能之间的平衡，从而消除了对高能耗和耗时的热退火技术的需求。
文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.4c03142
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