高柔性和大变形超弹性气凝胶在实际应用中已成为迫切的机械需求，但这两种特性通常是互斥的。本文提出了石墨烯纳米纤维气凝胶(GNFAs)的跨尺度孔隙设计，以打破高柔韧性和超弹性之间的权衡。所得的GNFA在60%的折叠应变下可以在1000次疲劳循环后完全恢复，在90%的压缩应变下可以在10000次循环后保持良好的结构完整性，优于大多数报道的气凝胶。由双曲微孔和多孔纳米纤维组成的跨尺度多孔结构使其具有较大的弹性变形能力。研究进一步揭示了柔性和超弹性GNFA作为一种检测张力和弯曲变形的电子传感器具有高灵敏度和超稳定性。作为验证，将GNFA传感器应用到人的手指上，通过多层人工神经网络实现了高精度的手语智能识别。本研究提出了一种高度柔性和弹性的石墨烯气凝胶，用于传感器技术中的可穿戴人机界面。
 
 
图1. a) GNFA制备示意图。b) SEM图像的GNFA跨尺度结构。c)有折叠和弯曲变形的大型样品的数码照片。
 

图2. a)纳米纤维层间大泡沫的图解和结构演化。b)纤维间微发泡的图解和结构演变。
c) HPF时间对GNFA孔径和密度的影响。(c) HPF时间与纳米纤维直径的关系。
 
 
图3. a) GNFA在1000次疲劳循环下的弯曲应变-应力曲线。b) 1万次疲劳循环下GNFA压缩应变-应力曲线。c)剩余应力、塑性变形和能量损失系数相对于压缩循环。d)当振荡压缩应变为3%时，CNFAs的存储模量、损耗模量和阻尼比随温度从- 50°C到250°C的变化。e)纳米纤维气凝胶材料的塑性变形与弹性应变。图中相应的圆点旁标示了压缩循环的次数。f)纳米纤维气凝胶材料的剩余应力与压缩循环。压缩应变在图中相应的圆点旁边标有。g)最大压缩应变为90%时GNFA的原位SEM观察。
 
 
图4. a)柔性GNFA传感器结构图。b)不同密度GNFA传感器与100%拉伸应变的电阻变化率(△R/R₀)。c)不同密度GNFA传感器的量规系数。d)不同密度GNFA传感器对90°弯曲角的△R/R₀。GNFA传感器在疲劳试验中的机械性能(e)拉伸(1000次循环)和(f)弯曲(10000次循环)。GNFA传感器的抗疲劳性能可达g) 100%拉伸应变，10000次循环，h) 50%弯曲应变，1000次循环。
 

图5. a)带有10个GNFA传感器和无线DAQ的人手(左)。采集电信号的DAQ结构(右)。
b)制作“A”手语时采集10路传感器信号。c)从A到z的26个手语字母。d)手语人机交互流程图，包括信号调理、采集和处理。e)测试过程中的数码照片，识别“A”的手语。
 
       相关研究成果由浙江大学Gao Chao、Xu Zhen、Peng Yuxin和Liu Yingjun课题组2024年发表在Small (链接: https://doi.org/10.1002/smll.202400415)上。原文：Highly Flexible and Superelastic Graphene Nanofibrous Aerogels for Intelligent Sign Language

转自《石墨烯研究》公众号