复合火焰探测传感器_暨南大学：基于垂直碳纳米片阵列的火焰合成碳泡沫的复合传感器...

成果简介

本文，暨南大学杜续生研究员团队在《ACS SUSTAIN CHEM ENG》期刊发表名为“Highly Sensitive Flexible Poly(dimethylsiloxane) Composite Sensors Based on Flame-Synthesized Carbon Foam Made of Vertical Carbon Nanosheet Arraysx”的论文，研究开发了一种通过在Ni模板上一步催化沉积碳来火焰合成碳泡沫(FCF)的简单方法。FCF在约500°C下于5分钟内在酒精火焰中沉积，泡沫支撑壁实际上是由垂直碳纳米片制成的。

碳支撑层在其两个表面侧之间显示出独特的形态。碳撑杆的粗糙内表面起源于垂直排列的碳片，而一些长度小于1μm的短碳纳米管则生长在外撑杆表面。FCF @ poly 的应变敏感性研究了(二甲基硅氧烷)复合材料的动态电响应。碳泡沫的独特的分层结构提高了复合传感器的性能，该复合传感器在基于碳泡沫的应变传感器中表现出最高的应变敏感性之一。在30％的拉伸应变下，复合材料的电阻明显增加了700％以上。此外，该传感器在包括手指弯曲和手腕脉搏在内的各种生理检测中均显示出高而稳定的灵敏度。本发明的火焰合成方法可能是沉积垂直碳纳米片阵列的简便且有效的技术，其可以发现许多有希望的应用，包括人体生理监测和医学检测。

图文导读

图1.(a)碳火焰沉积前后的泡沫镍数字照片，以及(b，c)泡沫镍和(d–f)镍@碳泡沫的SEM图像。

图2. FCF的SEM图像

图3.(a)垂直生长的碳纳米片的制造示意图。(b)FCF的X射线衍射图谱；(c)FTIR和(d)FCF的拉曼光谱。

图4.(a)FCF @ PDMS 复合样品的SEM图像和插图照片；

(b，c)FCF @ PDMS 传感器的电阻变化((R – R o)/ R o)在第一和第二拉伸循环中直至30％的拉伸应变的依赖性；

(d)FCF @ PDMS 传感器在5％，10％和30％应变下的多周期应变传感行为。

图5.(a)在12％拉伸下不同拉伸速率下的应变速率依赖性。

(b)在12％拉伸下的1000次循环耐久性测试。

(c)带有和不带有拉伸应变的FCF @ PDMS 复合材料的数码照片。

(d)与FCF支撑杆表面垂直对齐的碳纳米片变形的示意图，以及石墨烯在复合材料的拉伸和释放过程中，平行于GF支撑表面的薄板。

(e)电阻变化((R – R o)/ R o)取决于FCF @ PDMS 传感器的弯曲角度。

图6. FCF @ PDMS 传感器对食指关节运动的电阻响应((R – R o)/ R o)

小结

综上所述，一种简便，环保的一步火焰沉积方法制造分级多孔碳网络。火焰合成碳泡沫(FCF)的中空支柱主要由垂直碳纳米片阵列以及直接在外支柱表面上生长的一些短CNT制成。该传感器对手指弯曲和手腕脉搏等多种生理检测具有较高的灵敏度和稳定性。结果表明，火焰沉积法制备的泡沫碳结构具有广阔的应用前景，可用于柔性、可穿戴的生理检测和医学监测等领域。

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