铜纳米线（CuNWs）是一种高导电性、低成本的纳米结构，常用于构建压阻式压力传感器。合理设计和可控制造是实现高性能CuNW传感器的关键步骤，同时必须抑制CuNWs的氧化倾向。导电柔性CuNW@石墨烯（CuNW@G）核壳气凝胶通过简单的组装和热退火制备得到，其微观结构可调。通过改变初始CuNW分散浓度，可相应调节气凝胶的体积密度，表面润湿性，杨氏模量和电导率。其中，该核-壳气凝胶在较高的CuNW浓度下可由疏水性转变为超疏水性，同时水的粘附性降低。在研究的CuNW分散浓度范围内，所制备的石墨烯壳的化学成分和结构几乎相同，气凝胶的抗氧化稳定性亦是如此。基于核-壳气凝胶的压阻特性，研究了偏置电压为0.1 V的柔性压力传感器，该传感器能检测到低至640 Pa的压缩应力，响应时间短于16 ms。此外，聚二甲基硅氧烷包裹的CuNW@G气凝胶反应增强，可逆性更高。本文提出了一种研制性能稳定、成本低廉的气凝胶型压阻式压力传感器的通用策略。

Figure 1. 制备可调CuNW@G核壳气凝胶。a)气凝胶制备工艺示意图，包括冻干、热退火和浓度调节三部分。b)四种气凝胶的密度、电导率和杨氏模量。c)气凝胶在10%、20%、30%、40%和50%应变下的最大应力。d)四种气凝胶中石墨烯外层的平均厚度。


Figure 2. 可调气凝胶的表面润湿性。a)CuNW@G气凝胶漂浮在水与空气界面上方的照片。b) 50µL水滴停留在气凝胶表面。c)“c”、“2c”、“4c”、“8c”气凝胶的静态接触角。d)“8c”气凝胶的接触与分离过程。e)倾斜角度为25℃的“4c”气凝胶的动态滚脱试验。



Figure 3. 可调 CuNW@G 核壳气凝胶的结构表征。“c”、“2c”、“4c”、“8c”气凝胶的a)XRD图、b)拉曼光谱、c)高分辨率XPS光谱(c1s峰)。d)当在空气中储存30天时监测这四种气凝胶的电导率，插图是在空气中储存30天后“8c”气凝胶的SEM图。


Figure 4. 可调CuNW@G核壳气凝胶的压力传感性能。a)气凝胶压力传感机理示意图。b)在10%、20%、30%应变下压缩的“4c”气凝胶的动态响应。c)“4c”气凝胶在20%应变下压缩时，随外加应力的时间分辨响应。d)四种气凝胶的压力响应曲线，插图是(d)从0到750 Pa的放大图。


Figure 5. CuNW@G-PDMS复合气凝胶的压力传感性能。a)支持和不支持PDMS的气凝胶杨氏模量的比较。b)在10%应变下压缩的“c”复合气凝胶的动力响应。c)这些复合气凝胶在10%和20%压缩应变下的最大ΔI/ I₀对比度。d)含PDMS和不含PDMS的“4c”气凝胶在10%和20%压缩应变下的动态响应。e)复合气凝胶压力传感机理示意图。f)“8c”复合气凝胶的压力响应曲线。g) 10%压缩应变下，“8c”复合气凝胶在1000次加载和卸载循环中可逆电流变化。插图显示电流变化在342-348周期。h)“8c”复合气凝胶第1、1000次循环的应力-应变曲线。
      相关研究成果于2019年由北京大学Anyuan Cao课题组，发表在Adv. Mater. Technol.（DOI: 10.1002/admt.201900470）上。原文：Hydrophobic, Structure-Tunable Cu Nanowire@Graphene Core-Shell Aerogels for Piezoresistive Pressure Sensing