南航《J MATER SCI-MATER EL》：三维氮掺杂石墨烯气凝胶，用于下一代软机器人

南京航空航天大学Kai Xiang等研究人员在《J Mater Sci: Mater Electron》期刊发表名为“The highly stable air-working electro-active ionic polymer actuator based on nitrogen-doped graphene aerogel flexible electrode”的论文，研究使用掺氮石墨烯气凝胶（3D N-GA）制备了新型电活性聚合物 (EAP) 致动器。此外，通过改变原料配比，获得了一系列不同氮含量的3D N-GA。详细研究了氮含量对驱动性能的影响。进一步研究了3D N-GA电极材料用量对执行器执行性能的影响。这种类型的 3D N-GA 致动器尚未见报道。

图1、掺氮石墨烯气凝胶制备流程

图2、GO和不同3D N-GA( x )的XRD图

图3、a、b）3DN-GA(1) 的 SEM 图像。c、d） 3D N-GA(2) 的 SEM 图像。e、f) 3D N-GA(3)的SEM图像。g,h)3D N-GA(41) 的 SEM 图像

图4、具有3D N-GA电极的电活性离子聚合物致动器的示意图和横截面SEM图片

图5、不同 3D N-GA( x ) 和 3D GA 致动器在 3 V 和 0.1 Hz 下的电致位移曲线

综上所述，首次使用新型 3D 掺氮石墨烯气凝胶软电极开发了软 EAIP 致动器。本文，研究了氮掺杂量和电极材料量对 3D N-GA 致动器的驱动性能的影响。3D N-GA(3)的含氮量较高，比表面积较大，3D N-GA(3)作动器的作动性能最好。此外，随着电极材料消耗的增加，3D N-GA(3)执行器的执行性能先增加后降低。当电极材料用量为 2 mg 时，3D N-GA(3) 执行器的执行性能最好（3 V 下 0.1 Hz 下为 11.8 mm）。3D N-GA 致动器表现出很高的致动性能，例如低于 3 V 的低致动电压，11.8 mm 的大电致位移和 6 小时循环空气工作耐久性。因此，这种 3D N-GA 执行器将在软机器人和智能设备中具有巨大的应用潜力。