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  隨著人工智能的快速發展，智能傳感材料的需求與日俱增。近年來，研究人員采用不同的方法合成了多種多樣的功能材料用于制備智能傳感器件。然而，采用一種單一的材料簡便地制備具有溫度、應變和壓力傳感性能的柔性多功能傳感器件仍然充滿挑戰。

  為此，同濟大學的青年教師祖國慶研發了一種超疏水且極為柔韌的還原氧化石墨烯/聚有機硅氧烷復合氣凝膠，并且采用這種單一的聚有機硅氧烷氣凝膠材料制備了高性能、多功能的柔性傳感陣列用于高效的溫度、應變和壓力傳感。

圖1. 還原氧化石墨烯/聚有機硅氧烷復合氣凝膠的合成路線示意圖。

  該氣凝膠材料的合成基于以下三個步驟：（1）采用胺丙基三乙氧基硅烷對氧化石墨烯進行交聯和還原獲得胺基硅烷改性的還原氧化石墨烯氣凝膠；（2）將乙烯基甲基二甲氧基硅烷自由基聚合獲得聚乙烯基甲基二甲氧基硅烷聚合物；（3）采用乙烯基甲基二甲氧基硅烷和聚乙烯基甲基二甲氧基硅烷聚合物對上述還原氧化石墨烯氣凝膠進行進一步交聯得到石墨烯/聚有機硅氧烷復合氣凝膠。

圖2.（a,b）氣凝膠的XRD和紅外圖譜。（c,d）N2吸附測試。（e-g）氣凝膠的SEM照片。（h-j）氣凝膠的TEM照片。（k）氣凝膠的接觸角。

  該氣凝膠材料具有珊瑚狀的三網絡納米結構，由相互交聯的還原氧化石墨烯納米片、聚乙烯-聚（甲基硅氧烷）和聚（乙烯基甲基硅氧烷）構成。由于其獨特的三網絡結構，該氣凝膠結合了超疏水、高可壓縮性、高可彎曲性、超彈性、優異的可加工性以及對溫度、壓力和應變敏感的傳導性能，這些優異的性能是傳統的材料所不具備的。另外，基于該還原氧化石墨烯/聚有機硅氧烷氣凝膠的柔性多功能傳感陣列能夠探測20-100℃的溫度、0.1-80%的大范圍應變和10 Pa-110 kPa的大范圍壓力，并且具有高的靈敏度以及抗壓縮、抗彎曲和耐潮濕的良好耐久性能。該工作將為柔性多功能多孔材料的合成以及多功能柔性電子皮膚的設計提供新的思路。

圖3. 還原氧化石墨烯/聚有機硅氧烷氣凝膠的柔性和彈性。（a-e）氣凝膠的壓縮應力-應變曲線。（f）同其它已報道的石墨烯基氣凝膠接觸角和可逆壓縮應變的比較。（g）單軸壓縮照片。（h）彎曲照片。（i,j）壓縮和彎曲過程中結構變化示意圖。

圖4. 還原氧化石墨烯/聚有機硅氧烷氣凝膠的溫度、應變和壓力傳感性能。（a）電阻隨溫度的變化曲線。（b）抗壓縮性能測試。（c）抗彎曲性能測試。（d）耐潮濕測試。（e,f）電阻隨壓縮應變的變化曲線。（g）氣凝膠能夠經受10000次50%的壓縮循環。（h）不同溫度下電阻隨壓縮應變的變化曲線。（i,j）電阻隨壓力的變化曲線。（k）氣凝膠對不同壓力和應變的響應。

圖5. 基于還原氧化石墨烯/聚有機硅氧烷氣凝膠的多功能柔性傳感陣列及其傳感性能。

  以上成果發表在Chemistry of Materials （Chem. Mater. DOI: 10.1021/acs.chemmater.9b02437）上面，論文的第一作者和通訊作者為同濟大學材料科學與工程學院的青年教師祖國慶，共同通訊作者為京都大學的Kazuyoshi Kanamori教授。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.9b02437