四川大学《ACS SCE》：简便制备石墨烯/碳纳米管/水性聚氨酯/纤维素纳米晶体复合气凝胶，用于高灵敏度压力传感器

由于可穿戴电子设备的快速发展，迫切需要具有高灵敏度、低成本和宽响应范围的柔性压阻传感器。本文，四川大学Jianyu Zhai等研究人员在《ACS Sustainable Chem. Eng.》期刊发表名为“Flexible Waterborne Polyurethane/Cellulose Nanocrystal Composite Aerogels by Integrating Graphene and Carbon Nanotubes for a Highly Sensitive Pressure Sensor”的论文，研究通过简便的溶液混合和冷冻干燥技术制备碳纳米管（CNTs）/石墨烯/水性聚氨酯（WPU）/纤维素纳米晶（CNC）复合气凝胶（CNTs/石墨烯/WC），用于高性能压力传感器。

WPU和CNC被构建为3D结构骨架，CNTs和石墨烯的协同作用有利于提高传感性能。获得的压力传感器具有高度多孔的网络结构、显着的机械性能（76.16 kPa）、高灵敏度（0.25 kPa –1)、超低检测限 (0.112 kPa) 和高稳定性（>800 次循环）。更重要的是，压阻式传感器可以成功地用于检测各种人体运动，如手指弯曲、蹲起、步行和跑步，并通过电信号有效地提取实时信息。此外，CNTs/石墨烯/WC复合气凝胶表现出优异的隔热性能，可长时间承受160°C而不损坏结构。碳纳米管/石墨烯/WC复合气凝胶，由于其隔热性能，赋予传感器在高温环境中的应用潜力。

图1. CNTs/石墨烯/WC 复合气凝胶的制造示意图（a）和 CNTs/石墨烯/WC 复合气凝胶的数字图片（b）。

图2. WC (a–c)、CNTs/WC (d–f) 和石墨烯/WC (g–i) 在不同放大倍数下的 SEM 图像。

图3. WPU、WC、石墨烯/WC、CNTs/WC 和 CNTs/石墨烯/WC 的 FTIR 光谱。

图4. WPU、WC、CNT、石墨烯和 CNT/石墨烯/WC 的 XRD 谱。

图5. 将 CNTs/石墨烯/WC 放置在 (a, b) 120 °C 和 (c, d) 160 °C 的稳定加热源上时的红外热成像照片。

图6、CNTs/WC、石墨烯/WC和CNTs/石墨烯/WC复合气凝胶在不同压力下的循环压阻传感特性

图7. CNTs/石墨烯/WC复合气凝用于各种人体活动的实时监测，包括 (a) 手指弯曲、(b) 手腕弯曲、(c) 肘弯曲、(d) 蹲起、(e) 行走和 (f) 跑步。

结果表明，碳纳米管/石墨烯/WC复合气凝胶具有高传感性能和出色的隔热性能，可用作柔性、可穿戴电子产品。

封面图来源图虫创意