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  納米纖維氣凝膠具有高孔隙率，低密度，彈性模量大，機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn)，是制備高靈敏和穩(wěn)定性柔性壓阻傳感器的理想載體。然而，基于納米纖維氣凝膠的壓阻傳感器往往是通過(guò)高溫碳化有機(jī)納米纖維氣凝膠后得到三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。高溫?zé)峤鈱?dǎo)致材料機(jī)械性能降低，壓縮回彈性變差，無(wú)法滿足柔性壓阻傳感器在靈敏度高、響應(yīng)速度快、使用壽命長(zhǎng)上的應(yīng)用需求。同時(shí)，制備碳納米纖維氣凝膠所需的高溫高壓條件也會(huì)帶來(lái)大量能耗。

  近日，北京化工大學(xué)潘凱教授課題組在化工權(quán)威期刊《Chemical Engineering Journal》上發(fā)表了一種以靜電紡醋酸纖維素納米纖維作為骨架材料, 經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的吡咯原位聚合和冷凍干燥過(guò)程，制備出具有連續(xù)三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的聚吡咯交聯(lián)納米纖維氣凝膠柔性壓阻材料（Ultralight Polypyrrole Crosslinked Nanofiber Aerogel for Highly Sensitive Piezoresistive Sensor）。北京化工大學(xué)博士研究生秦臻為論文第一作者，趙彪博士和潘凱教授為論文通訊作者，北京化工大學(xué)材料學(xué)院為論文唯一完成單位。

圖1. 納米纖維氣凝膠制備流程示意圖及相關(guān)結(jié)構(gòu)表征。

  如圖1所示，利用聚吡咯和醋酸纖維素納米纖維構(gòu)筑的三維導(dǎo)電納米纖維氣凝膠材料具有大比表面積、高孔隙率以及穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。由于其內(nèi)部獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)以及豐富的導(dǎo)電通路，所制備的柔性壓阻傳感器具有14.67 mg cm^-3的超低體積密度，在0~24 kPa的壓力范圍內(nèi)靈敏度高達(dá)60.28 kPa^-1。同時(shí)，它的響應(yīng)與回復(fù)時(shí)間能夠分別低至90 ms和40 ms, 并能夠承受超過(guò)13000次以上的循環(huán)按壓，如圖2所示。

圖2. 導(dǎo)電氣凝膠的壓阻性能表征

  通過(guò)納米纖維氣凝膠與導(dǎo)電高分子的復(fù)合，能夠獲得具有超高靈敏度和寬壓力范圍的新型柔性壓阻材料。簡(jiǎn)單的制備工藝和優(yōu)異的壓阻性能使它在智能可穿戴傳感領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)該納米纖維氣凝膠也為發(fā)展下一代柔性可穿戴壓阻傳感器提供了新思路，為大規(guī)模生產(chǎn)具有高穩(wěn)定性的純聚合物柔性壓阻傳感器開(kāi)辟了一條新途徑。

  原文鏈接：https://authors.elsevier.com/sd/article/S1385-8947(21)03231-9