石墨烯基气凝胶(GAS)由于具有高压缩性和高导电性，在压力传感领域得到了广泛的研究。但通常采用的高温处理一般都会破坏其柔韧性和稳定性。制备具有宽线性范围和可靠循环性能的压阻式传感器仍然是一项具有挑战性的工作。在此，展示了一种基于甲基纤维素增强氧化石墨烯(MC/GA)气凝胶的优良的宽范围压阻传感器。为了合理控制MC和GA之间的分子间作用力和化学键，建议在120°C下进行水蒸气还原。有限元分析表明，层状孔隙起皱的片层有利于减小应力集中。由于MC/GA采用增强、取向和褶皱的层状气孔相结合的结构，因此在很宽的范围内(0-17kPa，R2>0.997)具有优越的线性，高灵敏度(9.38kPa⁻¹)，响应时间短(<40ms)，以及可靠的循环性能(>99%的保留率)。作为演示，MC/GA传感器可以监测上嘴唇、喉咙或手腕的生命体征，并可以感知手指、肘部和脚的大幅运动。这些优点使得MC/GA传感器在各种健康监测和运动检测领域有着巨大的潜力。
 
 
Figure 1. MC/GA的制作工艺及光学图像。a)描述MC/GA四步制作过程的原理图;b)由花蕊支撑的MC/GA的光学图像，显示其密度低;c) MC/GA的光学图像，经过一个周期的压缩和恢复，并伴随着LED的照明变化。
 
 
Figure 2. 不同配比的MC/GA的SEM图像。a,b) MC:GO = 2:1 (MC/GA-2);c,d) MC:GO = 1.5:1 (MC/GA-1.5);e,f) MC:GO = 1:1 (MC/GA-1);MC:GO = 1:15 .5 (MC/GA-0.7);MC:GO = 1:2 (MC/GA-0.5)。
 
 
Figure 3. 不同蒸煮时间的MC/GA-1的SEM图像。a、b) 0分钟;c, d) 10分钟;e、f) 30分钟;g h) 60分钟;i, j) 120分钟。
 
 
Figure 4. MC、GO、MC/GOA-1和MC/GA-1-60 min的化学微观结构和热性能。a) FT-IR, b) Raman, c) XPS, e) GO、MC/GOA-1和MC/GA-1-60 min的XRD谱;d) MC/GOA-1和MC/GA-1-60 min的高分辨率XPS C 1s光谱;f) MC、GO、MC/GOA-1、MC/GA-1-60 min的TG曲线。
 
 
Figure 5. MC/GA-1的各向异性力学和回弹性能。a) MC/GOA-1和MC/GA-1在5 mm/min转速下的压缩力学性能;b) MC/ GA -1- 60min的压缩力学性能随压缩应变的变化，插入:MC/ GA -1- 60min在ε= 0%、60%、80%和90%状态下的SEM图像;c) MC/ GA -1- 60min在2 mm/min转速下的循环压缩性能;MC/ GA -1- 60min的压缩力学性能:d)法向，e)与片层平行，插入:压缩方向示意图;f)各向同性MC/GA的压缩力学性能，插入:压缩方向示意图;g)随机排列、h)有序排列和i)有序多孔片层的气凝胶压缩应力有限元分析。
 
 
Figure 6. MC/GA-1-60 min的电学表征和压阻传感性能。a) I-V曲线作为施加压力的函数;b) 4.4 Pa压力传感;c)不同施加压力下的响应和恢复时间;d)压敏特性;e) ΔI/I₀对压力;f) 4.4 Pa的压-解压试验;h) 35%压缩应变下的20 000个重复循环，g)前20个循环，i)后20个循环;j) strain-sensing属性;k) bending-sensing性质;l)灵敏度比较;和线性范围。
 
 
Figure 7. 基于MC/ GA的压阻式传感器应用演示。生命体征:a)呼吸;b)不同字母的发音;c)手腕脉搏;人体运动检测:d)手指弯曲，e)肘部弯曲，f)行走时足底压力。传感器阵列:g)纸信的压力。
 
       相关研究工作由国防科技大学Zhenhua Jiang课题组于2021年发表在《ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES》上，原文：A Wide-Range Linear and Stable Piezoresistive Sensor Based on Methylcellulose-Reinforced, Lamellar, and Wrinkled Graphene Aerogels。

转自《石墨烯研究》公众号