中南林科大吴献章/兰州化物所王金清:超轻GO杂化CNTs气凝胶增强电子和机械性,用于压阻传感器


【科研摘要】
由于在单个结构中具有一个(纳米管)和两个(石墨烯)尺寸特征的协同效应,极低密度的碳纳米管 /石墨烯混合气凝胶(CNG)是用于制造柔性器件的高潜力活性材料。然而,克服低电导率和劣质的CNG机械性能之间的长期难题仍然是一项艰巨的任务。

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最近 中南林业科技大学 吴献章博士 ,和中科院兰州化物所 王金清研究员 团队 通过 十二烷基硫酸钠(SDS)的三重作用设计,即锚定金属离子,分散碳纳米管和诱导自发光,可以轻而易举地制造出具有出色的电子导电性和机械弹性的超轻CNG气凝胶(1.52 mg cm -3 )。 结果表明,Ba 2+ 可以通过与SDS偶联以增强片间相互作用而有效地锚固在GO中间层中, 从而显着改善机械性能(杨氏模量高达 18.3 kPa)。密度泛函理论计算表明,锚定的Ba 2+ 作为分子桥可以有效地降低GO片之间的隧穿势垒,并促进电子的多方向和快速传输,从而导致CNG的高电导率(12.55 S cm -1 )。利用这些功能,已经证明了利用非凡的CNG作为活性材料在柔性传感设备中的潜在应用,具有非凡的传感性能,包括高灵敏度(48.6 kPa -1 ),超低检测限(10 Pa)和超快响应( 18 m s)。
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相关论文以题为 Ultralight GO-Hybridized CNTs Aerogels with Enhanced Electronic and Mechanical Properties for Piezoresistive Sensors 发表在《 ACS Appl. Mater. Interfaces 》上。
【主图导读】
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1. (a)制作K-CNG的示意图。(b)Ba(DS)2-CNT的示意图。(c)超轻量(ρ= 1.52 mg cm –3 )的K-CNGs气凝胶站在蒲公英上。
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2. GO薄板中的层间锚定Ba 2+
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3.样品的结构和化学成分表征。 (a)TEM和(b)K-CNG的放大TEM图像。(c)P-CNG和K-CNG的拉曼光谱。(d)K-CNG,(e)GO气凝胶和(f)P-CNG的扫描电子显微镜(SEM)图像。
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4. 密度为1.52 mg cm -3 的各种样品的机械性能。
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5. K-CNG的电 特性。
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6. 基于K-CNG的压阻传感器的传感性能。
【总结】
团队采用了三重作用设计的 SDS,配备了锚定金属离子,分散碳纳米管和诱导自组装,展示了具有集成特征的超低密度K-CNG,包括高电子电导率(12.55 S cm –1 ),出色机械性能(杨氏模量高达18.3 kPa)和远程有序分层结构。所有结果都证明了锚定的Ba 2+ 在增强机械性能和电子传导性方面均提供了便利,为克服超低密度K-CNGs在弹性和电子传导性方面长期存在的困境提供了便捷的途径。 综上所述,这些特性使K-CNG可以用作制造压力传感器的活性材料,该传感器具有10 Pa的低检测极限,超快的响应时间 18 ms)和令人着迷的人体检测功能。 团队 希望 制造策略可能会提供一种制备其他高性能CNG的有效方法,从而开创了用于柔性传感设备的活性材料的新纪元。
参考文献 doi.org/10.1021/acsami.1c04080
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【往期回顾】
【1】 《Science Advances》康奈尔大学马明林:可细胞递送的水凝胶反向呼吸封装系统
【2】《大分子》浙大吴子良/郑强/杜淼,华工孙桃林:氢键缔合介导的韧性超分子水凝胶的动力学和粘弹性
【3】 台湾大学徐善慧《材料化学》分层胶束结构和快速粘合性的可注射酚醛-壳聚糖自修复水凝胶
【4】 《AFM》北化刘惠玉/郭新东:NIR激光触发的微针液体创可贴,用于伤口护理
材料

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