气凝胶因其轻质、高比表面积和高孔隙率而在建筑、航空航天、军事和能源领域有着广泛的应用前景。然而，高孔隙率往往导致气凝胶机械强度不足，限制了其应用范围。在这里制备了一种通过盐析效应诱导密集桥接的机械强度高的MXene/纤维素纳米晶体复合气凝胶。首先，通过氢键将MXene片与纤维素分子链桥接起来，进一步通过盐析效应促进氢键形成，构建了更密集的桥接。通过增强氢键作用，减少了MXene片层间距并改善了其取向，有效提高了多孔结构的能量耗散能力。该气凝胶展现了72.4 MPa的杨氏模量和342.0 kN m/kg的比模量。此外，该气凝胶作为摩擦电材料，构建了高度稳健的摩擦电纳米发电机。本研究为制备机械强度高的气凝胶提供了一种有效的策略。
 
 
Fig 1. 摩擦电气凝胶的设计。(a) 密集桥接形成的示意图。(b) 密集桥接的调控策略。(c) 各种纤维素气凝胶机械性能的比较。(d) 摩擦电气凝胶结构的示意图及其在自供电可穿戴传感中的应用。
 

Fig 2. 摩擦电气凝胶的制备和表征。(a) 摩擦电气凝胶组装过程的示意图。(b) Salting-out/MXene/CNC 摩擦电气凝胶的轻量特性和(c) EDS 映射图像。(d) Salting-out/MXene/CNC 摩擦电气凝胶的 SEM 侧视图像。(e) 气凝胶的平均孔径比较。(f) 气凝胶的压缩应力-应变曲线。(g) 气凝胶的杨氏模量和(h) 气凝胶的特定模量。
 

Fig 3. 密集桥接的构建。(a) 紧凑桥的示意图。(b) 在模拟压缩过程中 Salting-out/MXene/CNC 气凝胶的模型快照。(c) 气凝胶的 FTIR 光谱。(d) MXene 薄膜、MXene/CNC 气凝胶和 Salting-out/MXene/CNC 气凝胶的 XRD 图谱。(e) CNC 气凝胶、MXene/CNC 气凝胶和 Salting-out/MXene/CNC 气凝胶的 XRD 图谱。入射 Cu–Kα X 射线束平行于片状平面，002 峰的相应方位扫描图谱的 WAXS 图谱(f) MXene 薄膜，(g) MXene/CNC 气凝胶，(h) Salting-out/MXene/CNC 气凝胶。
 
 
Fig 4. 机械强度气凝胶的摩擦电特性及应用。(a) 自供电传感器的组成和应用示意图。(b) 摩擦电特性的比较。(c) 不同压力下 TENG 的输出性能。(d) TENG 的响应时间。(e) 传感器在行走或跳跃状态下的电压值。自供电传感器用于监测(f) 不同的手指运动和(g) 不同的腿部弯曲角度。(h) 不同角度弯曲手臂的循环测试。(i) 不同弯曲频率下循环测试的电压值。
 
      相关研究工作由广西大学Shuangxi Nie团队于2024年在线发表在《Nano Letters》期刊上，Mechanically Robust Triboelectric Aerogels Enabled by Dense Bridging of Mxene，原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c04401

转自《石墨烯研究》公众号