由于在單個(gè)結(jié)構(gòu)中具有一個(gè)（納米管）和兩個(gè)（石墨烯）尺寸特征的協(xié)同效應(yīng)，極低密度的碳納米管/石墨烯混合氣凝膠（CNG）是用于制造柔性器件的高潛力活性材料。然而，克服低電導(dǎo)率和劣質(zhì)的CNG機(jī)械性能之間的長(zhǎng)期難題仍然是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。
最近，中南林業(yè)科技大學(xué)吳獻(xiàn)章博士，和中科院蘭州化物所王金清研究員團(tuán)隊(duì)通過(guò)十二烷基硫酸鈉（SDS）的三重作用設(shè)計(jì)，即錨定金屬離子，分散碳納米管和誘導(dǎo)自發(fā)光，可以輕而易舉地制造出具有出色的電子導(dǎo)電性和機(jī)械彈性的超輕CNG氣凝膠（1.52 mg cm-3）。結(jié)果表明，Ba2 可以通過(guò)與SDS偶聯(lián)以增強(qiáng)片間相互作用而有效地錨固在GO中間層中，從而顯著改善機(jī)械性能（楊氏模量高達(dá)18.3 kPa）。密度泛函理論計(jì)算表明，錨定的Ba2 作為分子橋可以有效地降低GO片之間的隧穿勢(shì)壘，并促進(jìn)電子的多方向和快速傳輸，從而導(dǎo)致CNG的高電導(dǎo)率（12.55 S cm-1）。利用這些功能，已經(jīng)證明了利用非凡的CNG作為活性材料在柔性傳感設(shè)備中的潛在應(yīng)用，具有非凡的傳感性能，包括高靈敏度（48.6 kPa-1），超低檢測(cè)限（10 Pa）和超快響應(yīng)（ 18 ms）。
相關(guān)論文以題為Ultralight GO-Hybridized CNTs Aerogels with Enhanced Electronic and Mechanical Properties for Piezoresistive Sensors發(fā)表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上。
【主圖導(dǎo)讀】
圖1.（a）制作K-CNG的示意圖。（b）Ba（DS）2-CNT的示意圖。（c）超輕量（ρ= 1.52 mg cm–3）的K-CNGs氣凝膠站在蒲公英上。
圖2. GO薄板中的層間錨定Ba2 。
圖3.樣品的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分表征。（a）TEM和（b）K-CNG的放大TEM圖像。（c）P-CNG和K-CNG的拉曼光譜。（d）K-CNG，（e）GO氣凝膠和（f）P-CNG的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。
圖4.密度為1.52 mg cm-3的各種樣品的機(jī)械性能。
圖5. K-CNG的電子特性。
圖6.基于K-CNG的壓阻傳感器的傳感性能。
【總結(jié)】
團(tuán)隊(duì)采用了三重作用設(shè)計(jì)的SDS，配備了錨定金屬離子，分散碳納米管和誘導(dǎo)自組裝，展示了具有集成特征的超低密度K-CNG，包括高電子電導(dǎo)率（12.55 S cm–1），出色機(jī)械性能（楊氏模量高達(dá)18.3 kPa）和遠(yuǎn)程有序分層結(jié)構(gòu)。所有結(jié)果都證明了錨定的Ba2 在增強(qiáng)機(jī)械性能和電子傳導(dǎo)性方面均提供了便利，為克服超低密度K-CNGs在彈性和電子傳導(dǎo)性方面長(zhǎng)期存在的困境提供了便捷的途徑。綜上所述，這些特性使K-CNG可以用作制造壓力傳感器的活性材料，該傳感器具有10 Pa的低檢測(cè)極限，超快的響應(yīng)時(shí)間（18 ms）和令人著迷的人體檢測(cè)功能。團(tuán)隊(duì)希望該制造策略可能會(huì)提供一種制備其他高性能CNG的有效方法，從而開創(chuàng)了用于柔性傳感設(shè)備的活性材料的新紀(jì)元。
