聚酰亞胺纖維/石墨烯氣凝膠：原位縮合節(jié)點(diǎn)“焊接”，超彈形變力熱可調(diào)

來源|Advanced Fiber Materials

原文 |https://doi.org/10.1007/s42765-023-00268-6

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背景介紹

石墨烯氣凝膠具有規(guī)則的多孔結(jié)構(gòu)、室溫下的高載流子遷移率和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，在柔性觸覺傳感領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，由于石墨烯片層在反復(fù)壓縮下容易發(fā)生滑動(dòng)，石墨烯氣凝膠的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差；并且現(xiàn)有的壓縮應(yīng)變傳感器在應(yīng)力作用下的傳熱性能變化尚不清楚，難以用于檢測真實(shí)溫度，使觸覺傳感技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn)。

02

成果掠影

近期，天津大學(xué)封偉教授課題組采用水熱還原和原位焊接的實(shí)驗(yàn)方法，成功制備了一種超彈性聚酰亞胺纖維/石墨烯氣凝膠（PINF/GA）

，系統(tǒng)性地研究了該復(fù)合氣凝膠的微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能，并通過簡便的方法將其應(yīng)用于柔性觸覺傳感陣列，測試了其對(duì)未知物體形貌和溫度同時(shí)感知的能力。該復(fù)合氣凝膠具有獨(dú)特的拱橋形結(jié)構(gòu)，寬溫度高彈性和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，其熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率具有較高的應(yīng)力敏感性，導(dǎo)熱系數(shù)變化比可達(dá)9.81。此外，基于溫度數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建的柔性觸覺傳感陣列，可以同時(shí)檢測未知物體的形狀、高度分布和溫度分布。該研究成果解決了三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)熱調(diào)節(jié)能力差和彈性差的問題，對(duì)具有寬工作溫度范圍的柔性觸覺傳感器的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。研究結(jié)果表明，PINF/GA在柔性觸覺傳感、智能人機(jī)交互技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

該研究成果以“Hyperelastic Graphene Aerogels Reinforced by In-suit Welding Polyimide Nano Fiber with Leaf Skeleton Structure and Adjustable Thermal Conductivity for Morphology and Temperature Sensing”為題發(fā)表于《Advanced Fiber Materials》。

03

圖文導(dǎo)讀

圖1 PINF/GA制備流程圖、SEM照片及PINF“焊接”SEM照片。

圖2 PINF/GA力學(xué)性能表征、彈性模型和回彈機(jī)理示意圖。

圖3 PINF/GA熱性能表征、有限元模擬和理論計(jì)算示意圖。

圖4 PINF/GA小型瞬態(tài)溫度系統(tǒng)熱性能表征。

圖5 PINF/GA柔性觸覺傳感性能表征。

END

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