国防科大：甲基纤维素增强石墨烯气凝胶的出色宽范围压阻传感器

成果简介

石墨烯基气凝胶（GAs）由于其高压缩性和高导电性，在压力传感领域得到了广泛的研究。但通常采用的高温处理方式，一般会破坏其柔韧性和稳定性。制备具有宽线性范围和可靠循环性能的压阻式传感器仍然是一个挑战。本文，国防科技大学Guochen Li,等研究人员在《ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES》期刊发表“A Wide-Range Linear and Stable Piezoresistive Sensor Based on Methylcellulose-Reinforced, Lamellar, and Wrinkled Graphene Aerogels”的论文，研究展示了一种基于甲基纤维素增强还原氧化石墨烯 (MC/GA) 气凝胶的出色宽范围压阻传感器。

建议在 120°C 下汽蒸还原以适当控制分子间作用力和 MC 和 GA 之间的化学键。有限元分析表明，具有分层孔隙的褶皱薄片有利于最小化应力集中。由于采用了增强型、导向型、R 2 > 0.997)、高灵敏度 (9.38 kPa -1 )、短响应时间 (<40 ms) 和可靠的循环性能（>99% 保留）。作为演示，MC/GA 传感器可以监测上唇、喉咙或手腕的生命体征，并可以感知手指、肘部和脚部的大运动。这些优势使得 MC/GA 传感器在各种健康监测和运动检测领域具有巨大的潜力。

图文导读

图1、MC/GA 的制造过程和光学图像。

图2、由不同比例的 MC与GO制备的MC/GA的SEM图像

图3、MC、GO、MC/GOA-1 和 MC/GA-1-60 分钟的化学微观结构和热性能。

图4、MC/GA-1 的各向异性机械和回弹性能。

图5、MC/GA-1-60 分钟的电气特性和压阻传感性能

图6、基于 MC/GA 的压阻传感器的应用演示

小结

总之，通过混合、定向冷冻、冷冻干燥和蒸煮，成功制备了具有 3D 互连分层孔的 MC 增强层状 GA。高度定向、褶皱和层状结构提供低密度、良好的弹性、出色的压缩回弹力和互连的导电通路。当用作压阻式传感器时，它表现出高灵敏度、低检测限以及具有宽线性压力区域的优异线性。MC/GA 传感器具有用于各种健康或运动监测领域的巨大潜力。

文献：

https://doi.org/10.1002/admt.202101021