采用超声溶出、水热还原、冷冻干燥等方法制备了三维氮掺杂石墨烯气凝胶(3D N-GAs)。这些N-GAs具有高比表面积、高氮掺杂量和三维多孔网络结构。首次利用该三维N-GA柔性电极开发了柔性电活性离子聚合物驱动器。所开发的柔性驱动器在6 h循环后表现出11.8 mm (3 V和0.1 Hz)的大的峰对峰值的位移和93.8%的空气工作高耐久性。这些成功的演示说明了3D N-GA柔性驱动器在下一代柔性机器人设备中的广泛潜力。
 

图1. 氮掺杂石墨烯气凝胶的合成路线
 

图2. 氧化石墨烯及不同3D N-GA(x)的XRD图谱
 

图3. 3D N-GA(x)的XPS光谱
 

图4. 3D N-GA(1) 的(a) C1s和(b)N1s XPS光谱；3D N-GA(2) 的(c) C1s和(d)N1s XPS光谱；3D N-GA(3) 的(e) C1s和(f)N1s XPS光谱；3D N-GA(4) 的(g) C1s和(h)N1s XPS光谱
 

图5. (a)、(b) 3D N-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(4)的SEM图像
 

图6. (a)三维N-GA的N₂吸附-解吸等温线和(b)相应3D N-GA(x)的孔径分布
 

图7. 三维N-GA电极电活性离子聚合物驱动器原理图及截面扫描电镜图
 

图8. 不同3D N-GA(x)和3D GA驱动器在3v 、0.1 Hz下的电致位移曲线
 

图9. 不同3D N-GA(3)驱动器在3v 、0.1 Hz下的电致位移曲线
 

图10. 不同3D N-GA(3)驱动器在0.1 Hz不同输入电压(1-3 V)下的电致位移
 

图11. 3D N-GA(3)驱动器在3V正弦波输入电压下不同频率(0.1-1 Hz)时的电致位移
 
 
图12. 3V正弦波输入电压下不同频率(0.1-1 Hz)时3D N-GA(3)驱动器的激发应变
 

图13. 3D N-GA(3)驱动器在2V和1Hz下的峰对峰值的位移耐久性结果(6h)

       相关研究成果由南京航空航天大学材料科学与技术学院Kai Xiang课题组于2021年发表在J Mater Sci: Mater Electron(https://doi.org/10.1007/s10854-021-06643-6)上。原文：The highly stable air-working electro-active ionic polymer actuator based on nitrogen-doped graphene aerogel flexible electrode。

转自《石墨烯杂志》公众号