石墨烯互锁碳化丝瓜络，用于能量收集和生理信号监测

1成果简介

从生物质纤维（如丝瓜）中提取的高导电性碳质纳米材料已被广泛应用于柔性传感器中。然而，鉴于其导电性，碳化丝瓜（CL）的均匀纹理限制了与相邻纤维的接触面积。本文，大连工业大学杜健、王海松 教授等研究人员在《ACS Appl. Electron. Mater》期刊发表名为“Reduced Graphene Oxide Interlocked Carbonized Loofah for Energy Harvesting and Physiological Signal Monitoring”的论文，研究还原氧化石墨烯（rGO）纳米片交错的碳化丝瓜络构建了高导电性水凝胶，作为自供电传感系统中的传感器模块和三电纳米发电机（TENG）模块。

源于 π-π 相互作用，rGO 可以牢固地固定在 CL 表面，并作为桥梁减少电子传递间隙，从而加速电子传输。与原始的 CL 水凝胶相比，CL@rGO 水凝胶的导电率从28.5S/m提高到了55.2S/m，在加入到 TENG 和传感器设备中时，其电气输出性能得到了改善。内置的 CL@rGO 传感器显示出超过 10,000 次循环的出色耐用性，最大测量系数 (GF) 为 16021，快速响应时间为 20 毫秒。基于这些特性，该传感器能够有效监测复杂人体活动的能力。由于具有适应性强的特点，CL@rGO 在可穿戴电子设备、人工智能设备和人机交互等多个领域都具有相当大的潜力。

2图文导读

图1.（a） CL@rGO/DNH制造过程示意图。（b） 描绘碳化过程后保存完好的CL@rGO结构的照片。（c） CL@rGO/DNH的原始和拉伸状态的照片。（d） 说明CL@rGO可穿戴电子设备在能量收集和人体脉搏监测方面的实际应用。

图2.loofah@GO和CL@rGO的表征。

图3、特性和机械性能

图4.（a） 规格系数（GF）。（b） CL@rGO/DNH传感器在不同应变下的电流-电压（I-U）曲线。（c） CL@rGO/DNH 传感器做出反应和恢复所需的持续时间（以秒为单位）。通过感应确定的行为：（d） 脉搏监测，（e） 喉咙运动，（f） 手指弯曲和 （g） 膝盖弯曲。（h） ΔR/R0在 0% 和 50% 的应变之间变化，总共 5000 次循环，同时承受重复的卸载应变。

图5、CL@rGO/DNH TENG 的电气输出性能

3小结

在这项具体的研究工作中，利用一种环保且成本效益高的技术，制造出了由相互连接的 1D 和 2D CL@rGO 网络组成的导电复合材料。通过 CL 和 rGO 纳米片之间的连接，有效地减小了电子传输间隙，从而增强了电子传输。所制备的 CL@rGO/DNH 传感器具有很高的灵敏度（GFmax 为 16021），检测范围从 0.01% 到 100% 不等。此外，CL@rGO 导电复合材料在用作单电极 TENG 时表现出色，最大 Voc、Isc 和 Qsc 值分别达到 75 V、465 nA 和 2 nC。这项研究最终创造出了多功能 CL@rGO，在可穿戴电子设备、人工智能设备和人机交互等多个领域展现出巨大潜力。

文献：
https://doi.org/10.1021/acsaelm.4c00380

来源：材料分析与应用