为了实现可穿戴传感器和柔性储能设备的良好性能，非常需要具有有趣结构设计的多功能架构。纤维素纳米纤维 (CNF) 用于协助构建具有定向管胞状纹理的导电、超弹性和超轻 Ti3C2TX MXene 混合气凝胶。仿生混合气凝胶是通过基于协同静电相互作用和氢键的 CNF、碳纳米管 (CNT) 和 MXene 的简便双向冷冻策略构建的。缠结的 CNF 和 CNT“砂浆”与管胞结构的 MXene“砖块”结合，产生良好的界面结合和卓越的机械强度（高达 80% 的压缩率和在 50% 应变下 1000 次循环的非凡抗疲劳性）。受益于仿生纹理，CNF/CNT/MXene 气凝胶显示出 7.48 mg cm⁻³ 的超低密度和优异的电导率 (~ 2400 S m⁻¹)。此类气凝胶用作压力传感器时，表现出良好的灵敏度性能，线性灵敏度高达817.3 kPa⁻¹，适合其在监测体表信息和检测人体运动方面的应用。此外，气凝胶还可以作为压缩固态超级电容器的电极材料，表现出令人满意的电化学性能（0.8 mA cm⁻² 下为 849.2 mF cm⁻²）和优异的长循环压缩性能（在30%压缩应变下循环 10,000 次后为 88%） 。

 
Fig 1. a CNF/CNT/MXene 气凝胶的制造过程示意图。 b 蒲公英顶部的轻质 CNF/CNT/MXene 气凝胶的照片图像。 MXene 和不同 CNF/CNT/MXene 气凝胶的 c FTIR 和d XRD图谱。

    
Fig 2. a、b CNT/MXene (1:7) 气凝胶的顶视图和 c 侧视图 SEM 图像。 d、e为CNF/CNT/MXene(2:1:7)气凝胶的俯视SEM图和侧视SEM图，插图为孔结构示意图。 g CNF/CNT/MXene 气凝胶 (2:1:7) 压缩和释放过程示意图。 h 与其他MXene基气凝胶的电导率比较。

 
Fig 3. a CNT/MXene (1:7) 和 CNF/CNT/MXene (2:1:7) 气凝胶第一次压缩循环的实验照片。 b 第一个周期后不可逆变形百分比的直方图。插图显示了第一个周期后样品的高度对比照片（比例尺为1厘米）。 c CNF/CNT/MXene (2:1:7) 气凝胶在 X 方向压缩应变为 40%–80% 时的应力-应变曲线（插图显示压缩方向）。应力应变曲线 d 在 50% 应变下进行 1000 个循环，e 在 80% 应变下进行 100 个循环。 f CNF/CNT/MXene (2:1:7) 气凝胶与 MXene 和碳基气凝胶的应力保留比较。 g CNF/CNT/MXene (2:1:7)气凝胶压缩变形机理图。

 
Fig 4. a相对电流的变化与压力传感器的线性灵敏度之间的关系。 b 0.1–6.4 kPa 各种压力下的电流响应。 c 20% 应变下 2000 次循环的电流稳定性。 d 人体行为监测应用示意图。 e 肘部摆动、f 手腕弯曲、g 正常工作、h 手指触摸的电流信号。

 
Fig 5. 组装后的可压缩超级电容器的示意图。 b 可压缩超级电容器在2-50 mV s ^-1 扫描速率下的CV曲线。 c 不同面电流密度下的GCD曲线。可压缩超级电容器在0%至80%各种应变下的d GCD曲线和e奈奎斯特图。 f 固态可压缩超级电容器在 30% 应变下超过 10,000 次循环的循环稳定性。 g 压缩前后离子和电子在电极中传输的过程图。
 
       相关研究工作由天津科技大学Chuanling Si/Haishun Du和 德国哥廷根大学Kai Zhang课题组于2023年联合在线发表于《Nano-Micro Letters》期刊上，原文：Nanocellulose-Assisted Construction of Multifunctional MXene-Based Aerogels with Engineering Biomimetic Texture for Pressure Sensor and Compressible Electrode。
        https://doi.org/10.1007/s40820-023-01073-x

转自《石墨烯研究》公众号