石墨烯氣凝膠具有規則的多孔結構、室溫下的高載流子遷移率和優異的化學穩定性，在柔性觸覺傳感領域應用廣泛。然而，由于石墨烯片層在反復壓縮下容易發生滑動，石墨烯氣凝膠的結構穩定性較差；并且現有的壓縮應變傳感器在應力作用下的傳熱性能變化尚不清楚，難以用于檢測真實溫度，使觸覺傳感技術的進一步發展面臨諸多挑戰。
近期，天津大學封偉教授課題組采用水熱還原和原位焊接的實驗方法，成功制備了一種超彈性聚酰亞胺纖維/石墨烯氣凝膠（PINF/GA），系統性地研究了該復合氣凝膠的微觀結構、力學性能和導熱性能，并通過簡便的方法將其應用于柔性觸覺傳感陣列，測試了其對未知物體形貌和溫度同時感知的能力。該復合氣凝膠具有獨特的拱橋形結構，寬溫度高彈性和良好的循環穩定性，其熱導率和電導率具有較高的應力敏感性，導熱系數變化比可達9.81。此外，基于溫度數據庫，構建的柔性觸覺傳感陣列，可以同時檢測未知物體的形狀、高度分布和溫度分布。該研究成果解決了三維石墨烯網絡動態熱調節能力差和彈性差的問題，對具有寬工作溫度范圍的柔性觸覺傳感器的設計產生了深遠的影響。研究結果表明，PINF/GA在柔性觸覺傳感、智能人機交互技術領域具有廣泛的應用前景。
該研究成果以“Hyperelastic Graphene Aerogels Reinforced by In-suit Welding Polyimide Nano Fiber with Leaf Skeleton Structure and Adjustable Thermal Conductivity for Morphology and Temperature Sensing”為題發表于《Advanced Fiber Materials》。
圖1 PINF/GA制備流程圖、SEM照片及PINF“焊接”SEM照片
圖2 PINF/GA力學性能表征、彈性模型和回彈機理示意圖
圖3 PINF/GA熱性能表征、有限元模擬和理論計算示意圖
原文始發于微信公眾號（艾邦氣凝膠論壇）：聚酰亞胺纖維/石墨烯氣凝膠原位縮合節點焊接，超彈形變力熱可調
