纤维素纳米晶体制备了一种新型全生物质弹性碳材料

随着柔性器件和可穿戴设备的发展,柔性碳材料受到了各国研究人员的广泛关注,但由于碳材料的脆性,制备兼具高压缩、高回弹、抗疲劳、超灵敏传感的碳材料仍具很大的挑战性。

最近,华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室通过使用壳聚糖作为可再生碳源,纤维素纳米晶体(CNC)作为纳米增强材料制备了一种新型全生物质弹性碳材料(图1)。该气凝胶不仅具有优异的机械性能(50000次循环后高度保留94%),而且具有极高的宽范围线性灵敏度,在压力传感、可穿戴电子器件等方面具有重要的应用价值。相关论文发表于ACS Applied Materials and Interfaces,胡艺洁为该论文的第一作者,钟林新、彭新文为共同通讯作者。

纤维素纳米晶体制备了一种新型全生物质弹性碳材料

图2表明材料具有连续、取向的片层结构。当压缩应力垂直于波浪状层施加时,由于单位面积应变较小,波浪形结构可以经受较大的几何变形,并在压缩力释放后立即恢复其原始形状(图1)。最优条件下,材料可在应力保留基本不变的前提下承受90%的循环压缩,表现了优异的可压缩性。且可在50%应变下承受50000圈循环压缩,或70%应变下持续压缩两个月并保持应力或高度基本不变。另外,材料稳定的结构使其可反弹锆珠(图3)。

纤维素纳米晶体制备了一种新型全生物质弹性碳材料

由于该碳气凝胶独特的片层结构,不仅材料的灵敏度非常高,且线性灵敏度高、线性范围广(0-10 Pa时103、5 kPa-1,0-18 kPa时27、2 kPa-1),使得材料具有优异的传感性能(图4)。组装成简易传感器后可检测人体运动与表情变化,如关节活动、面部表情、发音识别等。此外,该材料还可检测人体脉搏信号,在压力传感与人体生物信号方面具有重要的应用前景。

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