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2021-10-14
顆粒在線訊：由于可穿戴電子設(shè)備的快速發(fā)展，迫切需要具有高靈敏度、低成本和寬響應范圍的柔性壓阻傳感器。本文，四川大學Jianyu Zhai等研究人員在《ACS Sustainable Chem. Eng.》期刊發(fā)表名為“Flexible Waterborne Polyurethane/Cellulose Nanocrystal Composite Aerogels by Integrating Graphene and Carbon Nanotubes for a Highly Sensitive Pressure Sensor”的論文，研究通過簡便的溶液混合和冷凍干燥技術(shù)制備碳納米管（CNTs）/石墨烯/水性聚氨酯（WPU）/纖維素納米晶（CNC）復合氣凝膠（CNTs/石墨烯/WC），用于高性能壓力傳感器。
WPU和CNC被構(gòu)建為3D結(jié)構(gòu)骨架，CNTs和石墨烯的協(xié)同作用有利于提高傳感性能。獲得的壓力傳感器具有高度多孔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、顯著的機械性能（76.16 kPa）、高靈敏度（0.25 kPa –1)、超低檢測限 (0.112 kPa) 和高穩(wěn)定性（>800 次循環(huán)）。更重要的是，壓阻式傳感器可以成功地用于檢測各種人體運動，如手指彎曲、蹲起、步行和跑步，并通過電信號有效地提取實時信息。此外，CNTs/石墨烯/WC復合氣凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的隔熱性能，可長時間承受160°C而不損壞結(jié)構(gòu)。碳納米管/石墨烯/WC復合氣凝膠，由于其隔熱性能，賦予傳感器在高溫環(huán)境中的應用潛力。
圖1. CNTs/石墨烯/WC 復合氣凝膠的制造示意圖（a）和 CNTs/石墨烯/WC 復合氣凝膠的數(shù)字圖片（b）。
圖2. WC (a–c)、CNTs/WC (d–f) 和石墨烯/WC (g–i) 在不同放大倍數(shù)下的 SEM 圖像。
圖3. WPU、WC、石墨烯/WC、CNTs/WC 和 CNTs/石墨烯/WC 的 FTIR 光譜。
圖4. WPU、WC、CNT、石墨烯和 CNT/石墨烯/WC 的 XRD 譜。
圖5. 將 CNTs/石墨烯/WC 放置在 (a, b) 120 °C 和 (c, d) 160 °C 的穩(wěn)定加熱源上時的紅外熱成像照片。
圖6、CNTs/WC、石墨烯/WC和CNTs/石墨烯/WC復合氣凝膠在不同壓力下的循環(huán)壓阻傳感特性
圖7. CNTs/石墨烯/WC復合氣凝用于各種人體活動的實時監(jiān)測，包括 (a) 手指彎曲、(b) 手腕彎曲、(c) 肘彎曲、(d) 蹲起、(e) 行走和 (f) 跑步。
結(jié)果表明，碳納米管/石墨烯/WC復合氣凝膠具有高傳感性能和出色的隔熱性能，可用作柔性、可穿戴電子產(chǎn)品。
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