由于其特殊的物理特性，石墨烯气凝胶已被用于传感应用；然而，它们缺乏机械特性，阻碍了它们的进一步使用。在本研究中，采用冷冻干燥工艺设计并制备了具有独特蜂窝结构的疏水碳纤维和甲基三甲氧基硅烷增强石墨烯复合气凝胶（aCF-MGA）。甲基三甲氧基硅烷（MTMS）和氧化石墨烯（GO）通过共价交联和氢键形成致密的层间多孔网络和固体层状结构。由于碱处理碳纤维（aCF）提供强大的机械支撑，aCF- mga气凝胶具有卓越的机械品质和独特的“多孔蜂窝”结构。由于多种物质的协同作用，基于aCF-MGA气凝胶的传感器能够检测压缩中的各种运动信号。它具有27.34 kPa^-1的高灵敏度和超高弹性、超轻密度（4.5 mg/cm³）、高导电性（2.85 S/cm）、高抗疲劳压缩（10,000次循环）、极短的响应时间（96 ms）和短的松弛时间（68 ms）等优异性能。
 

图1. aGF-MGA气凝胶制备示意图。(a) aGF-MGA的制备。(b) aGF-MGA机制解释。



图2. 化学结构。(a) GA、MGA和aCF-MGA的FTIR光谱。(b)典型aCF-MGA气凝胶与纯GA气凝胶的XRD对比。(c) GA、MGA和aCF-MGA气凝胶的XPS比较。(d) aCF-MGA的C1s谱。
 
 
图3. 典型aCF-MGA气凝胶的形态。(a) aCF-MGA3的SEM图像。(b) MGA的SEM图像。
(c) GA的SEM图像。(d) aCF-MGA3的元素映射图。
 
 
图4. 机械的灵活性。(a) aCF-MGA3气凝胶压缩减压试验照片。(b) 50%应变下压释试验的应力-应变曲线。(c-f） 10-50%应变时aCF-MGA1、aCF-MGA2、aCF-MGA3和aCF-MGA4的最大应力、能量损失因子和高度保持。(g) aCF-MGA3在50%应变下1000次循环的压缩耐久性。(h)循环1000次后aCF-MGA3气凝胶的最大应力保留和高度保留。(i)不同应变下aCF-MGA3的应力-应变曲线。(j) GA、MGA和aCF-MGA的水接触角比较。
 
 
图5. aCF-MGA3应变压力传感。(a)不同应力下aCF-MGA3的I-V曲线。(b)传感器的响应和恢复时间。(c)不同压力下aCF-MGA3气凝胶的相对阻力变化。(d) aCF-MGA3气凝胶在（0-10 kpa）范围内相对电阻响应的灵敏度。(e) aCF-MGA传感器与其他报告的传感器之间的灵敏度和压力值比较图。(f) aCF-MGA3对LED亮度的压缩和解压；(g)传感器在30%应变下10,000次循环的稳定性测试。
 
 
图6. 基于aCF - MGA3的应变/压力传感，用于人体的各种运动检测应用。(a)喉咙发音“CCUT”。(b)吞咽信号。(c)小指屈曲。(d)大屈曲。(e)手腕屈曲信号。(f)屈膝信号。(g)的脉搏。
 
 
图7. 传感器阵列。(a)传感器阵列示意图。(b)传感器阵列照片，传感器阵列检测(c) (f)手指，(d) (g)烧杯，(e) (h)剪刀的压力分布。
 
       相关研究成果由长春工业大学Zhenyu Li课题组2024年发表在ACS Applied Nano Materials (链接：https://doi.org/10.1021/acsanm.4c05293)上。原文：Carbon Fiber/Methyltrimethoxysilane/Graphene Composite Aerogel for High-Strength Strain Sensors

转自《石墨烯研究》公众号