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)則的多孔結構、室溫下的高載流子遷移率和優(yōu)異的化學穩(wěn)定性，在柔性觸覺傳感領域應用廣泛。然而，由于石墨烯片層在反復壓縮下容易發(fā)生滑動，石墨烯氣凝膠的結構穩(wěn)定性較差；并且現(xiàn)有的壓縮應變傳感器在應力作用下的傳熱性能變化尚不清楚，難以用于檢測真實溫度，使觸覺傳感技術的進一步發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn)。

02

成果掠影

近期，天津大學封偉教授課題組采用水熱還原和原位焊接的實驗方法，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)性地研究了該復合氣凝膠的微觀結構、力學性能和導熱性能，并通過簡便的方法將其應用于柔性觸覺傳感陣列，測試了其對未知物體形貌和溫度同時感知的能力。該復合氣凝膠具有獨特的拱橋形結構，寬溫度高彈性和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，其熱導率和電導率具有較高的應力敏感性，導熱系數(shù)變化比可達9.81。此外，基于溫度數(shù)據(jù)庫，構建的柔性觸覺傳感陣列，可以同時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絡動態(tài)熱調節(jié)能力差和彈性差的問題，對具有寬工作溫度范圍的柔性觸覺傳感器的設計產生了深遠的影響。研究結果表明，PINF/GA在柔性觸覺傳感、智能人機交互技術領域具有廣泛的應用前景。

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力學性能表征、彈性模型和回彈機理示意圖。

圖3 PINF/GA熱性能表征、有限元模擬和理論計算示意圖。

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。

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