成果简介
碳气凝胶具有良好的压缩性和回弹性，由于其可逆的回弹力和抵抗外部应力破坏的能力，在广阔的应用前景中引起了广泛关注。从可持续资源中开发绿色、低成本的碳气凝胶是一项非常有意义的工作，但由于其脆性，这项工作仍然具有挑战性。本文，华南理工大学钟林新副教授团队等研究人员在《ACS Sustainable Chem. Eng.》期刊发表名为“Anisotropic Carbon Aerogel from Cellulose Nanofibers Featuring Highly Effective Compression Stress Transfer and Pressure Sensing”的论文，研究受自然界各向异性结构的启发，我们提出了一种自下而上的方法，用于从纤维素纳米纤维制备具有三维层状结构的各向异性碳气凝胶。
具有理想厚度（142 nm）的对齐和连续层状织构可以有效地在整个3D网络中传递应力，并抵抗高压缩下的破坏，因因此，碳气凝胶表现出从高压缩应变和出色的抗疲劳性中恢复形状。碳气凝胶可以承受极高的压缩应变(95%)至少50次循环或在50%应变下承受50,000次循环，同时保持84%的高度。。此外，优异的机械性能、稳定的三维层状结构和高导电性使碳气凝胶在宽压力范围（0.002–7 kPa）内具有快速的电流响应和高灵敏度。这项研究介绍了碳气凝胶作为一个很好的选择，制造三维触觉传感器，以捕捉人体运动的各种信号。
图文导读
图1、碳气凝胶制备流程及表征
图2.各向异性碳气凝胶的压缩性和回弹性和压力载荷下薄片上的应力分布
图 3.(a)CNF0.9%–C的超压缩性、回弹性和抗疲劳性。不同压缩应变下的应力-应变曲线。
(b)90%应变下的应力-应变曲线100次循环。
(c)95%应变下50个循环的应力-应变曲线。
(d)50000次循环中50%应变时的应力-应变曲线。
(e)50%应变下50,000次循环内的应力和高度保持率。
(f)CNF 0.9%–C的最大可逆应力保持与其他的比较碳50%应变的气凝胶。
(g) CNF 0.9%–C在50%应变下50000次循环的能量损失系数。
(h,i) CNF 0.9%–C在50%应变下循环5000次后的SEM 图像。
图 4. CNF0.9%–C的应变传感器的电信号和灵敏度。
图5. CNF 0.9%–C 在生物运动检测中的应用。
小结
这项工作提供了一种低成本和可持续的方法来制备可压缩、弹性和敏感的碳气凝胶在压力传感器、电磁屏蔽和电化学储能方面的各种潜在应用。
文献：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c02051
