由于其特殊的物理特性，石墨烯氣凝膠已被用于傳感應用；然而，它們缺乏機械特性，阻礙了它們的進一步使用。在本研究中，采用冷凍干燥工藝設計并制備了具有獨特蜂窩結構的疏水碳纖維和甲基三甲氧基硅烷增強石墨烯復合氣凝膠（aCF-MGA）。甲基三甲氧基硅烷（MTMS）和氧化石墨烯（GO）通過共價交聯和氫鍵形成致密的層間多孔網絡和固體層狀結構。由于堿處理碳纖維（aCF）提供強大的機械支撐，aCF- mga氣凝膠具有卓越的機械品質和獨特的“多孔蜂窩”結構。由于多種物質的協同作用，基于aCF-MGA氣凝膠的傳感器能夠檢測壓縮中的各種運動信號。它具有27.34 kPa
-1的高靈敏度和超高彈性、超輕密度（4.5 mg/cm
3）、高導電性（2.85 S/cm）、高抗疲勞壓縮（10,000次循環）、極短的響應時間（96 ms）和短的松弛時間（68 ms）等優異性能。
圖1. aGF-MGA氣凝膠制備示意圖。(a) aGF-MGA的制備。(b) aGF-MGA機制解釋。
圖2. 化學結構。(a) GA、MGA和aCF-MGA的FTIR光譜。(b)典型aCF-MGA氣凝膠與純GA氣凝膠的XRD對比。(c) GA、MGA和aCF-MGA氣凝膠的XPS比較。(d) aCF-MGA的C1s譜。
圖3. 典型aCF-MGA氣凝膠的形態。(a) aCF-MGA3的SEM圖像。(b) MGA的SEM圖像。
(c) GA的SEM圖像。(d) aCF-MGA3的元素映射圖。
圖4. 機械的靈活性。(a) aCF-MGA3氣凝膠壓縮減壓試驗照片。(b) 50%應變下壓釋試驗的應力-應變曲線。(c-f） 10-50%應變時aCF-MGA1、aCF-MGA2、aCF-MGA3和aCF-MGA4的最大應力、能量損失因子和高度保持。(g) aCF-MGA3在50%應變下1000次循環的壓縮耐久性。(h)循環1000次后aCF-MGA3氣凝膠的最大應力保留和高度保留。(i)不同應變下aCF-MGA3的應力-應變曲線。(j) GA、MGA和aCF-MGA的水接觸角比較。
圖5. aCF-MGA3應變壓力傳感。(a)不同應力下aCF-MGA3的I-V曲線。(b)傳感器的響應和恢復時間。(c)不同壓力下aCF-MGA3氣凝膠的相對阻力變化。(d) aCF-MGA3氣凝膠在（0-10 kpa）范圍內相對電阻響應的靈敏度。(e) aCF-MGA傳感器與其他報告的傳感器之間的靈敏度和壓力值比較圖。(f) aCF-MGA3對LED亮度的壓縮和解壓；(g)傳感器在30%應變下10,000次循環的穩定性測試。
圖6. 基于aCF - MGA3的應變/壓力傳感，用于人體的各種運動檢測應用。(a)喉嚨發音“CCUT”。(b)吞咽信號。(c)小指屈曲。(d)大屈曲。(e)手腕屈曲信號。(f)屈膝信號。(g)的脈搏。
圖7. 傳感器陣列。(a)傳感器陣列示意圖。(b)傳感器陣列照片，傳感器陣列檢測(c) (f)手指，(d) (g)燒杯，(e) (h)剪刀的壓力分布。
相關研究成果由長春工業大學
Zhenyu Li課題組2024年發表在
ACS Applied Nano Materials (鏈接：https://doi.org/10.1021/acsanm.4c05293)上。原文：Carbon Fiber/Methyltrimethoxysilane/Graphene Composite Aerogel for High-Strength Strain Sensors
轉自《石墨烯研究》公眾號
