Rational Design of Soft Yet Elastic Lamellar Graphene Aerogels via Bidirectional Freezing for Ultrasensitive Pressure and Bending Sensors

材料科学 石墨烯 压阻效应 复合材料 层状结构 气凝胶 检出限 弹性(物理) 氧化物 渗流阈值 纳米技术 电阻率和电导率 电气工程 工程类 统计 冶金 数学
作者
Min Peng,Xiaofeng Li,Pengfei Liu,Ji Liu,Xue‐Qin Jia,Xiaopeng Li,Zhong‐Zhen Yu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (34) 被引量:123
标识
DOI:10.1002/adfm.202103703
摘要

Abstract To enhance the sensitivity of graphene aerogel‐based piezoresistive sensors by weakening their compressive strength while keeping their elasticity, lightweight and lamellar graphene aerogels (LGAs) with high elasticity and satisfactory electrical conductance networks are fabricated by bidirectional‐freezing of aqueous suspensions of graphene oxide in the presence of small amounts of organic solvents, followed by lyophilizing and thermal annealing. Because of the lamellar structure of the LGA, its compressive strength along the direction perpendicular to the lamellar surface is much lower than those of both isotropic and unidirectionally aligned graphene aerogels with similar apparent densities, leading to an ultrasensitive LGA‐based piezoresistive sensor with a high sensitivity of −3.69 kPa −1 and a low detection limit of 0.15 Pa. The ultrahigh sensitivity and low detection limit of LGA‐based piezoresistive sensor contribute to detecting subtle pressure at room temperature and in liquid nitrogen with ability to detect dynamic force frequency and sound vibration. Besides, thanks to the fewer junction points between the graphene lamellae, LGAs slices can be integrated as a wide‐range and sensitive bending sensor, which can detect arbitrary bending angles from 0° to 180° with a low detection limit of 0.29°, and is efficient in detecting biosignals of wrist pulse and finger bending.
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