新策略可提高石墨烯气凝胶的敏感性和耐久性 有望用于人机界面

盖世汽车讯 近年来，研究人员合成了很多新材料，以用于开发更先进的系统、设备和人机界面。其中包括石墨烯气凝胶，这种超轻、多孔和石墨烯基材料由排列成二维蜂窝晶格的单层碳原子组成。石墨烯气凝胶具有诸多优点，如重量轻、孔隙率高和导电性良好。但是，工程师们在利用它们来开发压力传感器时遇到了一些困难。具体来说，许多材料具有固有的刚性微观结构，使其应变传感能力受到影响。

（图片来源：pubs.acs.org）

据外媒报道，最近，西安交通大学、诺森比亚大学（Northumbria University，英国）、加州大学洛杉矶分校（UCLA）、阿尔伯塔大学（University of Alberta）和其他机构的研究人员推出一种合成气凝胶超材料的新制造策略，以克服这一局限性，相关论文发表在期刊《纳米快报（Nanoletters）》上。论文中概述，该策略可用于制造耐用的氧化石墨烯基气凝胶超材料，这种材料对人体触摸和运动表现出卓越的灵敏度。

研究人员Ben Xu博士表示：“我的学生偶然间发现特定平面横剖面中的异常结构变化。这种各向异性相变化受到了关注。我们很快意识到，相关的功能变化可以实现卓越的定向压力传感功能。”

该团队用于制备氧化石墨烯基气凝胶超材料的策略需要两个关键步骤，包括使用脱水技术冷冻干燥和热处理工艺退火。Xu博士表示：“预溶液（pre-solution）中还含有一种特殊的化学物质，可用作石墨烯的‘胶水’以构建蜂窝型横截面。专用平面上横截面的结构形态是通过热退火来实现的，并且可以通过微/纳米力学进行调节。借助这种简单的策略，研究人员在第一次试验中就实现了弯曲截面。”

研究人员利用所提出的制备策略，合成了一种各向异性交联壳聚糖和还原氧化石墨烯（CCS-rGO）气凝胶超材料。该材料表现出卓越的定向超弹性、非凡的耐久性、良好的机械和电气性能、较长的传感范围，以及对121.45 kPa-1刺激具有非常高的灵敏度。Xu博士表示：“目前，我们正在进行多学科研究，着眼于功能材料和能源技术、可持续工程、医疗保健材料、材料化学、响应性材料/表面，以及微观工程。”

现在，Xu博士在诺森比亚大学的团队致力于进行深入研究，旨在开发适合各种技术应用的有前景超材料。未来，他们所提出的制造策略可能有助于合成更多的氧化石墨烯基气凝胶超材料，从而推动用于先进医疗保健和假肢设备的人机界面的发展。这类传感器的另一个发展方向是风能。Xu博士表示：“我们最近重点关注海上风能领域的功能材料和工程技术。”