Superelastic Biomass‐Based Carbon Aerogels Reinforced by Vein‐Like Networks and Pillar Structures for Piezoresistive Sensing, High‐Temperature Applications, and Supercapacitors

材料科学 超级电容器 压阻效应 支柱 生物量(生态学) 复合材料 碳纤维 纳米技术 电极 电容 机械工程 复合数 化学 海洋学 物理化学 工程类 地质学
作者
Mingzhi Jiang,Bo Li,Yinghao Zhao,Wenxuan Mo,Zhiyong Peng,Wanhua Wang,Feng Liao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (1) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/adfm.202513514
摘要

Abstract Biomass‐based carbon aerogels with tunable structures exhibit excellent compressibility and flexibility, serving as sustainable, cost‐effective materials for high‐performance piezoresistive sensors. However, achieving excellent integrated properties of superior fatigue resistance, ultra‐high compressibility, high sensitivity, low‐pressure detection limits, and wide linear sensing ranges remains a challenge. Herein, inspired by the leaf‐vein network structure and architectural pillar, a carbon aerogel with a “vein‐like network and pillar‐reinforced wavy layer structure” is developed. Benefiting from this structure, it enables exceptional fatigue resistance (96.7% stress retention and 99.1% height retention after 20000 compression cycles at 50% strain), which is second to none among the reported biomass‐based carbon aerogels. Meanwhile, its sensor integrates high linear sensitivity ( S = 59.70 kPa −1 at 0–100 Pa, S = 16.76 kPa −1 at 100–15000 Pa), a wide linear pressure range (0–15 kPa), an ultralow detection limit (0.186 Pa), and recoverable elasticity under extreme strain (99%), realizing the perfect performance of a piezoresistive sensor. Additionally, it exhibits excellent thermal insulation, flame resistance, and superior supercapacitive performance. These synergistic properties further enhance its applicability in motion monitoring, sensor units of aerospace, supercapacitors, and self‐powered wearable devices.
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