Cryogenic-environment resistant, highly elastic hybrid carbon foams for pressure sensing and electromagnetic interference shielding

材料科学 电磁屏蔽 复合材料 碳纳米管 电磁干扰 压力传感器 纳米复合材料 工程类 电子工程 机械工程
作者
Shu Zhu,Suping Peng,Zhe Qiang,Changhuai Ye,Meifang Zhu
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:193: 258-271 被引量:42
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2022.03.027
摘要

Elastic carbon foams are promising material candidates for various applications, including strain/pressure sensing and electromagnetic interference (EMI) shielding, but typically suffer from brittleness, low sensitivity, narrow pressure detection range, and poor performance stability. Herein, a facile and scalable method was demonstrated to fabricate carbon nanotube (CNT) embedded carbonized melamine foams (CNT/CMFs) by a direct pyrolysis process. The hybrid CNT/CMFs show tunable electrical conductivity while providing ultrahigh elasticity even under deep cryogenic conditions (−196 °C). An ultrahigh sensitivity (up to 103.24 kPa−1) and a broad pressure detection range (0–175 kPa) were achieved by the hybrid foam sensors, attributing to the hierarchical structures composed of a nanofibrous CNT layer and macropores. The foam-based sensors exhibit ultrahigh cryogenic-temperature resistance, which retains stable performance after immersing in liquid nitrogen for 36 h and experiencing 5000 cycles of repeated compression-release. Moreover, the CNT/CMFs show an exceptional EMI shielding effectiveness and a high specific shielding effectiveness of 6147.3 dB cm2 g−1 with an absorption-dominant shielding mechanism due to the highly porous structure. The cryogenic-temperature resistant CNT/CMFs with these superior strain/pressure sensing and EMI shielding performance are promising for their practical applications as wearable electronics operating in both mild and harsh environments.
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