Sustainable‐Macromolecule‐Assisted Preparation of Cross‐linked, Ultralight, Flexible Graphene Aerogel Sensors toward Low‐Frequency Strain/Pressure to High‐Frequency Vibration Sensing

气凝胶 材料科学 石墨烯 耐久性 纳米技术 振动 标度系数 光电子学 复合材料 声学 制作 物理 医学 替代医学 病理
作者
Zhihui Zeng,Na Wu,Weidong Yang,Hao Xu,Yaozhong Liao,Chenwei Li,Mirko Luković,Yuguo Yang,Shanyu Zhao,Zhongqing Su,Xuehong Lu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (24) 被引量:21
标识
DOI:10.1002/smll.202202047
摘要

Ultralight and highly flexible aerogel sensors, composed of reduced graphene oxide cross-linked by sustainable-macromolecule-derived carbon, are prepared via facile freeze-drying and thermal annealing. The synergistic combination of cross-linked graphene nanosheets and micrometer-sized honeycomb pores gives rise to the exceptional properties of the aerogels, including superior compressibility and resilience, good mechanical strength and durability, satisfactory fire-resistance, and outstanding electromechanical sensing performances. The corresponding aerogel sensors, operated at an ultralow voltage of 0.2 V, can efficiently respond to a wide range of strains (0.1-80%) and pressures (13-2750 Pa) even at temperatures beyond 300 °C. Moreover, the ultrahigh-pressure sensitivity of 10 kPa-1 and excellent sensing stability and durability are accomplished. Strikingly, the aerogel sensors can also sense the vibration signals with ultrahigh frequencies of up to 4000 Hz for >1 000 000 cycles, significantly outperforming those of other sensors. These enable successful demonstration of the exceptional performance of the cross-linked graphene-based biomimetic aerogels for sensitive monitoring of mechanical signals, e.g., acting as wearable devices for monitoring human motions, and for nondestructive monitoring of cracks on engineering structures, showing the great potential of the aerogel sensors as next-generation electronics.
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