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扬州大学《ACS AMI》:超疏水导电碳气凝胶复合材料,用于高性能水下压阻式传感

材料分析与应用  · 公众号  ·  · 2024-11-15 16:33

正文


1 成果简介


碳气凝胶压阻传感器(CAPS)因其良好的热稳定性、自建导电网络和对压力的快速响应,近年来在柔性和可穿戴电子设备领域受到广泛关注。然而,CAPS 在监测细微变形和实现高性能水下压阻传感方面仍面临巨大挑战。 本文,扬州大学 高杰峰 教授团队在《 ACS Applied Materials & Interfaces 》期刊 发表名为“ Superhydrophobic, Multifunctional, and Mechanically Durable Carbon Aerogel Composites for High-Performance Underwater Piezoresistive Sensing ”的论文, 研究 通过对碳气凝胶进行氟化处理和对氟化哈洛来石纳米管(HNTs)进行装饰,制备了一种超疏水导电碳气凝胶复合材料(CAC)。


由于具有优异的光吸收和光热转换性能,CAC 对温度具有快速而准确的响应,其高温电阻系数(TCR)为-1.06%/°C。CAC 的电阻对高达 80% 的压缩应变呈线性响应,测量系数高达 -1.24。值得注意的是,由于 CAC 传感器具有出色的防水性能,它能有效检测微小变形,并能在水下环境中稳定输出传感信号。这项研究为开发超疏水、多功能、机械耐用的压阻传感器提供了新的视角,有望应用于水下柔性电子设备。


2 图文导读


图1.制备超疏水和机械耐用的碳气凝胶复合材料的示意图演示。


图2.各种碳气凝胶复合材料的微观结构和 WCA。


图3.碳气凝胶复合材料的光热转换和温度传感性能。


图4.MF-800@FS-mHNT 的压阻式传感性能。


图5.使用 MF-800@FS-mHNTs 压阻式传感器进行各种微小变形和人体运动检测。


图6.MF-800@FS-mHNT 的水下压阻传感性能。


3 小结


综上所述,我们通过对碳气凝胶进行氟化处理和对氟化哈洛石纳米管进行装饰,开发出了一种超疏水、机械耐用的碳气凝胶压阻传感器。MF-800@FS-mHNTs的电导率和WCA分别为0.20 S/m 和151°,由于 mHNTs 与碳骨架之间的强界面相互作用,它们在循环光照、沙粒磨损、压缩和超声波清洗过程中几乎都能保持不变。碳气凝胶复合材料显示出优异的光热转换性能,可用作温度传感器,具有很高的 TCR 值(高达-1.06%/°C)。MF-800@FS-mHNTs 压阻传感器能输出稳定可靠的传感信号,具有快速线性响应、大工作应变和循环稳定性等特点。值得注意的是,它可以检测到细微和微小的变形,并发出可辨别的信号。特别是具有优异防水性能的超疏水MF-800@FS-mHNT可以实现高性能的水下压阻传感。因此,超疏水导电传感器的构造为智能可穿戴电子设备提供了更多潜在的应用场景。


文献:

https://doi.org/10.1021/acsami.4c16924

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