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。在这里，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）通过简便的溶液混合和冷冻干燥技术制备，用于高性能压力传感器。WPU和CNC被构建为3D结构骨架，CNT的协同效应有助于增强传感性能。 所获得的压力传感器具有高度多孔的网络结构、卓越的机械性能（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。结果表明，CNTs/石墨烯/WC复合气凝胶具有高传感性能和出色的隔热性能，这意味着该气凝胶可用作柔性、可穿戴电子产品。
 
 
图 1. （a）CNTs/石墨烯/WC 复合气凝胶的制备示意图和（b） CNTs/石墨烯/WC 复合气凝胶的数字图片。
 
  
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. (a-c)不同放大倍数下 CNTs/石墨烯/WC 复合气凝胶的 SEM 图像。 (d-f) 和侧视 SEM 图像。
 
  
图 4. WPU, WC, graphene/WC, CNTs/WC,
和CNTs/graphene/WC的红外图（左）和XRD图（右）
 
 
图 5. (a, b)  CNTs/石墨烯/WC在120℃ 和 (c, d) 160℃ 的稳定加热源上的红外热成像照片。
 
  
图 6. (a) CNTs/graphene/WC 在压缩和释放过程中的照片。  (b) WPU、WC 和 CNTs/石墨烯/WC 的压缩应力-应变曲线。 (c) 不同循环后 10% 和 30% 最大应变下 CNTs/石墨烯/WC 的压缩应力-应变曲线。
 
 
图 7. (a) CNTs/WC、(b) 石墨烯/WC 和 (c 和 d) CNTs/石墨烯/WC 在不同压力下的实时电阻响应。 (e) CNTs/石墨烯/WC复合气凝胶在0.112 kPa压力下的相对电阻变化。(f) CNTs/WC、石墨烯/WC和CNTs/石墨烯/WC压力传感器的灵敏度。 (g) CNTs/graphene/WC-based sensor 对力的响应分别为 0.5、1.0 和 1.5 mm/s。 (h) CNTs/graphene/WC 的响应时间。(i) CNTs/graphene/WC 在1.568 kPa压力下连续 800 次压缩-释放循环的稳定性能。 (j) 近年来报道的基于气凝胶的柔性传感器传感性能的比较。
 
 
图 8. (a) 循环压缩示意图。 (b) CNTs/graphene/WC 在施加压力下结构变化的示意图和机械说明。
 
  
图9. 使用碳纳米管/石墨烯/碳化钨复合气凝胶实时监测各种人体活动，包括(a)手指弯曲，(b)手腕弯曲，(c)肘部弯曲，(d)蹲起，(e)行走和(f)跑步。
  
       相关科研成果由四川大学Ronghui Guo等人于2021年发表在ACS Sustainable Chemistry&Engineering（https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c03068）上。原文：Flexible Waterborne Polyurethane/Cellulose Nanocrystal Composite Aerogels by Integrating Graphene and Carbon Nanotubes for a Highly Sensitive Pressure Sensor。

转自《石墨烯研究》公众号