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成果简介
由于在单个结构中具有一个（纳米管）和两个（石墨烯）尺寸特征的协同效应，极低密度的碳纳米管 /石墨烯混合气凝胶（CNG）是用于制造柔性器件的高潜力活性材料。然而，克服低电导率和劣质的CNG机械性能之间的长期难题仍然是一项艰巨的任务。
本文，中南林业科技大学Xianzhang Wu（第一作者） ，中科院兰州化物所 王金清研究员（通讯作者）等研究人员在《ACS Appl. Mater. Interfaces》 期刊发表名为“Ultralight GO-Hybridized CNTs Aerogels with Enhanced Electronic and Mechanical Properties for Piezoresistive Sensors”的论文，研究通过 十二烷基硫酸钠（SDS）的三重作用设计，即锚定金属离子，分散碳纳米管和诱导自发光，可简易制备出具有出色的电子导电性和机械弹性的超轻CNG气凝胶（1.52mgcm-3 ）。
结果表明，Ba 2+ 可以通过与SDS偶联以增强片间相互作用而有效地锚固在GO中间层中， 从而显着改善机械性能（杨氏模量高达 18.3 kPa）。密度泛函理论计算表明，锚定的Ba 2+ 作为分子桥可以有效地降低GO片之间的隧穿势垒，并促进电子的多方向和快速传输，从而导致CNG的高电导率（12.55 S cm -1 ）。利用这些功能，已经证明了利用非凡的CNG作为活性材料在柔性传感设备中的潜在应用，具有非凡的传感性能，包括高灵敏度（48.6 kPa -1 ），超低检测限（10 Pa）和超快响应（18ms）。
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图文导读
图 1. (a) K-CNG 制造示意图。(b) Ba(DS) 2 -CNT 的示意图。(c)放置在蒲公英上的超轻的 K-CNGs 气凝胶重量 (ρ = 1.52 mg cm –3 ) 。
图 2. GO 片中Ba 2+ 的夹层锚定。(a) GO气凝胶、K-CNGs、CNGs-Cr 3+和CNGs-Ca 2+片材的XRD图谱。K-CNG 与 GO 气凝胶具有相似的层间距。(b) GO 气凝胶、K-CNG-I、K-CNG-III 和 K-CNG-IV 薄片的 FTIR 光谱。(c) GO 气凝胶和 K-CNG 的 XPS 光谱。(d) K-CNG 的 XPS Ba 3d 光谱。(e) 原始 CNT（顶部）、Ba(DS) 2（中间）和 Ba(DS) 2 -CNTs 复合材料（底部）的拉曼光谱。
图 3. 样品的结构和化学成分表征。(a) TEM 和 (b) K-CNG 的放大 TEM 图像。(c) P-CNGs 和 K-CNGs 的拉曼光谱。(d) K-CNGs、(e) GO 气凝胶和(f) P-CNGs 的扫描电子显微镜 (SEM) 图像。
图 4. 密度为 1.52 mg cm –3的各种样品的机械性能.
图 5. K-CNG 的电气特性。
图 6. 基于K-CNG 的压阻式传感器的传感性能。
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小结
综上所述，这些特性使 K-CNG 能够作为一种活性材料来制造压力传感器，该传感器具有 10 Pa 的低检测限、超快响应 (18 ms）的人体检测功能。希望该制造策略可以提供一种有效的方法来制备其他高性能 CNG，开启柔性传感设备活性材料的新时代。
链接：https://doi.org/10.1021/acsami.1c04080
文献：
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