纳米纤维纸

提出了一种纳米纤维碳键合的方法，并用气泡模板法制备了超轻rGO/CNF碳气凝胶。

成就简介

超轻、高压缩和超弹性碳材料在可穿戴和柔性电子器件中具有巨大的应用前景，但由于碳材料的脆性，其制备仍是一个挑战。华南理工大学刘传福教授团队在CHEMNANOMAT杂志上发表了题为“用纤维素纳米纤维增强还原氧化石墨烯气凝胶的力学性能”的论文。通过增强氧化石墨烯(GO)液晶稳定气泡纤维素纳米纤维(CNF)成功制备了超低密度、高力学性能的碳气凝胶。

将CNF引入还原氧化石墨烯(rGO)纳米片后，通过焊接效应增强了rGO纳米片之间的相互作用，限制了rGO纳米片的滑移和微球之间的剥离，从而显著提高了材料的力学性能。所制备的碳气凝胶具有超高的可压缩性(高达99%的应变)和弹性(90.1%的应力保持率和在50%应变下10000次循环后99.0%的高保持率)。各种方法制备的炭气凝胶优于现有的气泡模板炭气凝胶和许多其他炭材料。这种结构特征导致了快速稳定的电流响应和对外部应变和压力的高灵敏度，这使得碳气凝胶能够检测非常小的压力和从手指弯曲到脉搏的各种人体运动。这些优点使得碳气凝胶在柔性电子器件中具有广阔的应用前景。

图形阅读指南

图1。rGO/CNF碳气凝胶的制备示意图(a)以及CNF之间和CNF与GO之间的相互作用示意图(b)。没有(c)和(d)交叉偏振器的GO/CNF气泡乳液的POM图像。CAG (e)的SEM图像。超轻CAG站在花瓣上的照片(F)。

图二。GO (a)和CNF (b)的AFM图像和相应的高度图像。GO(c和d)和GO/CNF(e和f)的SEM图像显示了褶皱的GO纳米片中CNF的分布。rGO (g)和rGO/C-CNF (h)的TEM图像揭示了C-CNF在rGO纳米片中的均匀分布。

图3。宏观可视化显示了rGO/CNF碳气凝胶(A)的超弹性。不同CNF含量的碳气凝胶的密度(b)。AG和CAG-X在50%应变下的应力-应变曲线(C)。AG和CAG-X在50%应变下经过1000次压缩循环后的应力保持率和高度保持率(D)。ag、CAG-5、CAG-10、CAG-20、CAG-30和CAG-50的SEM图像(e)。

图4是说明AG (a)和CAG (b)的可压缩性和弹性机制的示意图。CNF碳纳米纤维将rGO纳米片焊接在一起，限制了rGO纳米片的滑动，从而提高了机械强度和抗疲劳性。rGO/CNF纳米片的有限元模拟(C)。

图5。CAG-20具有优异的可压缩性、弹性和抗疲劳性。CAG-20在不同压缩应变下的应力-应变曲线(A)。50%应变下1、1000、10000和20000次循环的应力-应变曲线(b)。极限应变为99%时的应力-应变曲线(c)。90%应变下200次循环的应力-应变曲线(D)。压缩前CAG-20的SEM图像(e)。CAG-20在50%应变下经过20，000次压缩循环后的SEM图像(F)。各种碳材料的应力/密度指数(G)、应力保持率(H)和高度保持率(I)的比较。

图6。CAG-20的应变/应力-电流响应和灵敏度应变为10%至70%时的电流强度(a)。在50%应变和1 V的恒定电压下，电流输出为1000个循环(B)。0-100帕时的线性灵敏度(插入:0.1-7千帕时的灵敏度)(c)。根据CAG-20组装传感器(D)。来自软按压(e)、手指弯曲(f)、肘部弯曲(g)和面部表情(h)的电流信号。脉冲信号检测(一)。

总结

综上所述，采用GO液晶气泡模板法制备了低密度、高力学性能和传感性能的rGO/CNF炭气凝胶。碳化CNF通过增强rGO纳米片之间的相互作用，在提高碳气凝胶的机械强度和结构稳定性方面起着重要作用。碳气凝胶具有高压缩性、弹性和抗疲劳性。高机械性能和稳定的微观结构赋予碳气凝胶快速稳定的电流响应和高灵敏度。因此，它在用于检测生物信号的可穿戴设备中具有巨大的应用潜力。

链接:马202100150

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