DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.105973
目前，研究人員正致力于設計出具有可壓縮性、彈性、寬線性靈敏度和多功能特性的碳氣凝膠。在本工作中以葡萄糖&雙氰胺納米片（C-GD）和纖維素納米纖維（CNFs）的煅燒混合物為可持續、廉價的前體，采用生物質介導策略合成了氮摻雜碳氣凝膠（C-NGD）。合成的C-NGD具有良好的彈性、可壓縮性和抗疲勞性。C-GD與CNFs的相互作用形成了超穩定的波狀分層結構，可以承受超高壓縮應變（95％）和長期壓縮（3000次循環，50％應變）。尤其，在0至10kPa下可獲得寬范圍的線性靈敏度，該靈敏度高達10.08kPa-1。這些優點使得碳氣凝膠可用于可穿戴壓阻傳感設備中，以檢測人體運動和生物信號。此外，C-NGD在超級電容器和摩擦電納米發電機方面也顯示出潛在的應用前景。綜上所述，這種源自生物質的碳氣凝膠是一種可用于柔性電子設備和能量轉換/存儲裝置中的多功能材料。
圖1.（a）通過多步法制備C-NGD的示意圖。（b，c）C-GD納米片的SEM和TEM圖像。（d，e）具有互連網絡的CNFs的SEM和TEM圖像。（f-i）分別為（f，j）NGD，（g，k）C-NGD，（h，l）CNF和（i，m）C-CNF氣凝膠的SEM圖像和（j-m）數字照片
圖2.所制備的C-NGD和C-CNF氣凝膠的（a）拉曼光譜，（b）XRD圖和（c）C1s高分辨率XPS光譜。C-NGD氣凝膠的N1s高分辨率XPS光譜。
圖3.（a）C-NGD在不同應變下的壓縮應力-應變曲線。（b）C-NGD和（c）C-CNF在50％應變下進行100次循環的壓縮應力-應變曲線。（e）C-NGD在（d）90％和（e）95％的高應變下進行100次循環的壓縮應力-應變曲線。（f）C-NGD在50％應變下進行3000次循環的壓縮應力-應變曲線。
圖4.（a）C-CNF和（b）C-NGD氣凝膠的壓縮彈性機理示意圖。
圖5.（a）在不同壓縮應變下C-NGD的相對電阻變化。（b）在50％壓縮應變下，C-NGD在不同頻率下的相對電阻變化。（c）C-NGD的響應時間和弛豫時間。（d）C-NGD在50％應變下進行3000次循環的相對電阻變化。（e）C-NGD在1％壓縮應變下的應變系數。（f）在0-10kPa壓力范圍內的線性靈敏度。（g）比較C-NGD和其他傳感材料的靈敏度。（h）C-NGD在50％應變下進行3000次循環的抗疲勞性。
圖6.（a）C-NGD傳感器的示意圖。（b）通過按壓，（c-e）手指、手腕和腿部的人體關節運動，（f）面部笑容，（g）呼吸，（h）吞咽的喉部運動，（i）手腕脈搏引起C-NGD傳感器的相對電阻變化。
圖7.（a-b）C-NGD在有/無按壓情況下的SEM圖像，插圖是對應的照片。（c）在不同掃描速率下C-NGD的循環伏安（CV）曲線。（d）C-NGD在0.5至10A/g的不同電流密度下的恒電流充放電（GCD）曲線。（e）C-NGD在0.5-10A/g電流密度范圍內的比電容。（f）C-NGD在10A/g電流密度下的循環性能。插圖顯示了第一個和第2000個循環的充放電曲線。
圖8.（a）線性電機在1.0Hz頻率下測試的短路電流（Isc），（b）開路電壓（Voc）和（c）短路轉移電荷（Qsc）曲線。
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