纖維素納米晶體制備瞭一種新型全生物質彈性碳材料

隨著柔性器件和可穿戴設備的發展,柔性碳材料受到瞭各國研究人員的廣泛關註,但由於碳材料的脆性,制備兼具高壓縮、高回彈、抗疲勞、超靈敏傳感的碳材料仍具很大的挑戰性。

最近,華南理工大學制漿造紙工程國傢重點實驗室通過使用殼聚糖作為可再生碳源,纖維素納米晶體(CNC)作為納米增強材料制備瞭一種新型全生物質彈性碳材料(圖1)。該氣凝膠不僅具有優異的機械性能(50000次循環後高度保留94%),而且具有極高的寬范圍線性靈敏度,在壓力傳感、可穿戴電子器件等方面具有重要的應用價值。相關論文發表於ACS Applied Materials and Interfaces,胡藝潔為該論文的第一作者,鐘林新、彭新文為共同通訊作者。

纖維素納米晶體制備瞭一種新型全生物質彈性碳材料

圖2表明材料具有連續、取向的片層結構。當壓縮應力垂直於波浪狀層施加時,由於單位面積應變較小,波浪形結構可以經受較大的幾何變形,並在壓縮力釋放後立即恢復其原始形狀(圖1)。最優條件下,材料可在應力保留基本不變的前提下承受90%的循環壓縮,表現瞭優異的可壓縮性。且可在50%應變下承受50000圈循環壓縮,或70%應變下持續壓縮兩個月並保持應力或高度基本不變。另外,材料穩定的結構使其可反彈鋯珠(圖3)。

纖維素納米晶體制備瞭一種新型全生物質彈性碳材料

由於該碳氣凝膠獨特的片層結構,不僅材料的靈敏度非常高,且線性靈敏度高、線性范圍廣(0-10 Pa時103、5 kPa-1,0-18 kPa時27、2 kPa-1),使得材料具有優異的傳感性能(圖4)。組裝成簡易傳感器後可檢測人體運動與表情變化,如關節活動、面部表情、發音識別等。此外,該材料還可檢測人體脈搏信號,在壓力傳感與人體生物信號方面具有重要的應用前景。

纖維素納米晶體制備瞭一種新型全生物質彈性碳材料

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