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开发一种具有非凡电化学和机械性能的三维(3D)碳组件是可取的，但也是具有挑战性的。采用纳米纤维织造各向同性多孔和机械脆性准气凝胶，制备了一种超轻超弹性的纳米纤维编织杂化自组装碳气凝胶(NWHCA)。在随后的热解过程中，金属衍生的准气凝胶和氮/磷共掺杂被整合到NWHCA中。有限元模拟结果表明，NWHCA三维片桥结构有助于抵抗高压缩下的塑性变形和结构损伤，实验证明，在80%的压缩下，NWHCA的变形完全恢复，并且具有前所未有的抗疲劳性能(5000次循环后保持94%)。由于其超弹性和准气凝胶的结合，NWHCA组装的锌-空气电池表现出优异的电化学性能和柔韧性。提出了一种概念验证集成装置，其中柔性电池为压阻式传感器供电，分别使用NWHCA作为空气阴极和弹性导体，该传感器可以附着在人体皮肤上检测全范围和复杂的运动。纳米纤维编织策略允许构建轻质、超弹性和多功能混合碳组件，在可穿戴和集成电子产品中具有巨大潜力。

图文简介

a)纳米纤维织造策略制备CNF-MOG的工艺示意图。b) cnf与金属凝胶之间的强相互作用示意图，确保了CNF-MOG在热解过程中的高结构稳定性

CNF-MOG-2的SEM图像:a, b)侧视图，c)片层放大视图，d)俯视图。e) CNF-0、MOG-0和CNF-MOG-2的FTIR光谱。f) CNF-0、MOG-0和CNFMOG样品的TGA曲线。g) CA-0和NWHCA的体积保留。h) CA-0和NWHCA样品的氮吸附/解吸等温线。i) NWHCA-2站在鬃草上的数码照片。

NWHCA的形态特征。NWHCA-2的SEM图像:a, b)侧视图，c)片层放大视图，d)俯视图;e-g) NWHCA-2的TEM和HRTEM图像;h) NWHCA-2中C、N、P、Co的HAADFSTEM图像和EDX元素分布。

CA-0、NWHCA和Pt/C催化剂的电催化ORR性能:

NWHCA的压缩性能和抗疲劳性能。a) NWHCA-1、b) NWHCA-2、c) NWHCA-3在不同压缩应变下的应力-应变曲线。d, e)没有和f, g)在压缩下具有嵌入的准气凝胶网络。h) NWHCA-2在80%应变下250次循环的压缩率;i) NWHCA-2在50%应变下5000次循环的压缩率。j) NWHCA-2在50%应变下5000次循环的应力保留、高度保留和能量损失系数。k, l) NWHCA-2压缩5000次后的SEM图像;m) NWHCA-2与文献中其他弹性碳材料的应力和高度保持比较。

基于NWHCA-2的自供电可穿戴传感器。a)不同应变下的电流响应;b) 50%应变下4000次循环的电流稳定性;c) 40%应变下1000次循环ΔR/R0, d)微小应变(2%)下的响应和恢复时间，e)不同弯曲角度下的电流响应;f)不同压力下LED灯泡亮度的变化，g)自供电传感器电线路图，h)柔性锌空气电池放置在实验服上，传感器贴在皮肤上检测i)手指弯曲，j)握拳的集成可穿戴系统照片。

论文信息

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202301418

通讯作者：东华大学张超，江南大学刘天西，Wei Fan

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收录于合集 #气凝胶

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