纳米复合导电纤维是新开发的一种轻质材料，具有高柔韧性和强可编织性，可以满足柔性可穿戴设备的要求。在此，通过湿纺法制备了涂有聚吡咯（PPy）层的轻质多孔芳纶纳米纤维（ANF）和碳纳米管（CNT）气凝胶纤维，可用于运动检测和信息传输。ANF/CNT/PPy气凝胶纤维具有低密度（56.3 mg/cm
3）、电导率（6.43 S/m）和拉伸强度（2.88 MPa），具有高灵敏度（0.12）和长寿命（1000 次循环）。同时，利用气凝胶纤维的微分电导率来减少信息传输时间（最高可达46%）。耐高温和耐低温（-196 至 100℃）气凝胶纤维也可用作快速加热器和离子溶液检测器。综上所述，制备的 ANF/CNT/PPy 气凝胶纤维可用作人体健康检测和运动监测的多功能传感器等领域具有广阔的应用前景，
Figure 1. ANF/CNT/PPy气凝胶纤维的制备：（a，b）制备流程示意图； (c) ANF/CNT 分散体的 TEM 图； (d) ANF/CNT 和 ANF/CNT/PPy 纤维的微流控组装； (e) ANF/CNT/PPy 水凝胶纤维的 3D 图； (f-h) ANF/CNT/PPy 气凝胶纤维的 SEM 图。
Figure 2. 基于 ANF 的气凝胶纤维的表征：（a）光学显微镜照片，（b）结构示意图，（c）FTIR 光谱，（d）XRD 光谱，（e）拉曼光谱，（f）XPS 光谱，（j）应力-基于 ANF 的气凝胶纤维的应变曲线、(k) 拉伸强度、(l) 伸长率和 (m) 韧性值。 (g) ANF/CNT/PPy 样品悬挂 100 克重物（左）并盘绕成弹簧（右）的照片。 (h) ANF/CNT/PPy 气凝胶纤维在冷液氮中的照片。 (i) ANF/CNT/PPy 气凝胶纤维在热板上的照片（左）和热扩散图（右）。
Figure 3. (a) ANF、(b) ANF/CNT、(c) ANF/PPy 和 (d) ANF/CNT/PPy 气凝胶纤维在不同尺度下的横截面形貌和平面图像。
Figure 4. ANF/CNT/PPy气凝胶纤维的传感特性：（a）不同拉伸变形下纤维的电流-时间（i-t）图； (b) 从-0.1 到 0.1 V 获得的线性电流-电压 (i-v) 图； (c) 对拉伸变形的相应检测灵敏度（插图显示拉伸前（左）和拉伸后（右）的纤维）； (d) i-t 和压力-时间 (pt-t) 曲线之间的同步关系。 (e) 拉伸和 (f) 弯曲变形下传感器的传感原理示意图。 (g) 不同弯曲变形下纤维的 i-t 图； (h) 感应对不同弯曲角度（上）和相对电流变化（下）的响应； (i) 对弯曲角度的相应敏感性（插图显示了弯曲前（左）和后（右）弯曲的光纤）； (j) 在不同频率下监测时的相对电流变化。 (k) 图像和 (l) 戴在手指上的光纤的相对电流变化； (m) 1000 次弯曲矫直循环期间的传感重复性测试。
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Figure 5. 用于信息传输的实时 ANF/CNT/PPy 感觉系统：(a) 感觉系统附着在成人手的表面； (b) 轻按时感觉系统的变形变化图； (c) i-t 曲线和 (d) 不同压力下感觉系统的相应灵敏度。通过轻压和重压 ANF/CNT/PPy 感觉系统来编码首字母缩略词 (e) “SUST”、(f) “ANF”和 (g) “PPY”。英文字母表中的 26 个字母及其在国际摩尔斯电码中对应的符号，分别表示为 (h) 轻按和重按和 (k) 短时和长按。通过短时和长时按压 ANF/CNT/PPy 感觉系统对首字母缩略词 (i) “SUST”和 (j) “ANF”进行编码； (l) 压力和时间模式的时间支出。 (m) 2 × 2 纵横交错的纺织键盘的照片和电气连接； (n) 纺织键盘的编织图（黑色：ANF/CNT/PPy 气凝胶纤维，红色：对电极，黄色：工作电极 1，绿色：工作电极 2）； (o) 纺织键盘的工作机制； (p) 纺织键盘上“ACS”和“NANO”字样的编码。
Figure 6. ANF/CNT/PPy 气凝胶纤维的加热性能和离子溶液识别：(a) 热电偶测试装置，(b) 热像仪，(c) 温度-时间曲线，(d) 温度对电压的响应； (e) 不同电压下气凝胶纤维的热扩散图像。 (f) 浸入 NaCl、NaOH 和 HCl 溶液中的 ANF/CNT/PPy 纤维； (g) i-t 曲线和 (h) 光纤中相应的相对电流变化。
相关研究工作由陕西科技大学Zhaoqing Lu课题组于2022年在线发表于《ACS Nano》期刊上，原文： In Situ Loading of Polypyrrole onto Aramid Nanofiber and Carbon Nanotube Aerogel Fibers as Physiology and Motion Sensors。
转自《石墨烯研究》公众号
