海绵传感器 中国林科院：石墨烯包裹的层状木海绵用于高性能压阻传感器
中国林科院：石墨烯包裹的层状木海绵用于高性能压阻传感器
成果简介
具有结构坚固性和机械弹性的三维 (3D) 导电气凝胶对于灵敏和稳定的压力传感非常有吸引力。然而，这种 3D气凝胶的制备通常依赖于复杂的自下而上的组装过程，这些过程涉及昂贵的原材料或大量的能源消耗，或者直接用导电材料涂覆合成聚合物海绵（例如聚氨酯），这可能会对其处置造成环境问题。
本文，中国林业科学研究院林业研究所王小青研究员团队在《ACS Sustainable Chem. Eng》期刊发表名为“Highly Elastic and Fatigue-Resistant Graphene-Wrapped Lamellar Wood Sponges for High-Performance Piezoresistive Sensors”的论文，研究提出了一种简单且可持续的策略来制备具有层状结构的氧化石墨烯涂层木海绵（RGO@WS ），用于高性能压阻传感器。
引入的RGO纳米片赋予RGO@WS不仅具有高导电性，而且具有高弹性和优异的抗疲劳性。这些特性使其成为理想的压阻传感器，具有 0.32 kPa –1的高灵敏度（优于大多数聚合物海绵传感器）、超过 10 000 次循环的高工作稳定性以及在超低温下的出色传感再现性。由于其突出的传感性能，基于RGO@WS传感器可以用作检测人体运动和生理信号的可穿戴设备，并允许通过将传感器集成到大面积传感阵列中来进行空间解析压力映射。开发的高弹性和抗疲劳RGO@WS代表了合成聚合物基压阻传感器的有前途和可持续的替代品。
图文导读
图1、制备氧化石墨烯涂层木海绵，用于高性能压阻传感器的示意图
图2. RGO@WS 的微观结构和电导率
图3. RGO@WS 的可压缩性、弹性和抗疲劳性
图4.基于 RGO@WS 的传感器的压阻传感性能。
图5.基于 RGO@WS 的传感器用于检测各种人体运动的应用。
图6.用于空间压力映射的大面积RGO@WS传感器阵列。
小结
综上所述，本文开发了一种简单且可持续的策略来制造基于天然轻木的高弹性和抗疲劳RGO@WS ，用于高性能压阻传感器。这种简单而有效的策略可能为用天然木材开发高性能柔性压力传感器开辟了新的机会，代表了当前基于合成聚合物的压力传感器的可持续替代方案。
文献：
https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c05401
研发可用于传感器的木炭海绵
本报讯（记者唐凤） 轻木软硬适中，可制作模型飞机和全尺寸的风力涡轮机叶片等。近日，华中科技大学研究团队与美国马里兰大学合作者通过将其自然结构与化学和物理性能相结合，将轻木转化为一种能够承受反复压缩和其他极端机械条件的“木炭海绵”，为轻木的应用开辟了新领域。相关成果日前发表于《化学》。
研究人员通过使用常见的化学物质破坏坚硬的半纤维素和木质素纤维，获得了可弯曲的海绵结构，并维持了轻木的正常细胞壁结构，然后将其加热到1000℃，从而把有机物质变成碳。
研究人员指出，普通碳化木材，仅经历了加热步骤而不经过任何化学改性，非常脆弱，适当的外力就能将其粉碎，而木炭海绵在变形前经受了高达1万次的连续“锤炼”，其性能十分优良。
实验结果表明，坚硬且不可压缩的轻木可经过化学处理和碳化过程，产生具有机械压缩性、抗疲劳性，电响应灵敏度超过大多数可压缩碳质材料的木炭海绵。由于这种海绵完全由天然木材制成，采用的是简单且成本低廉的方法，因此具有可再生性和可持续性。
在对海绵进行进一步的机械和电气测试后，研究人员将其用于手指应变传感器原型中。这种材料也可以用于水净化装置、能量储存和通话技术。
《中国科学报》 (2018-03-11 第3版 综合)
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