The invention belongs to the field of elastic carbon materials, and discloses a highly sensitive and wide linear sensing compounded composite carbon aerogel and its preparation and application. The method is as follows: 1) dispersing MXene nanosheets into water to obtain MXene suspension; 2) mixing the water-soluble ferric salt, acid, MXene suspension and chitosan together, freezing, drying and obtaining composite aerogels; 3) preparing composite aerogels by heat treatment in an inert atmosphere to obtain composite carbon aerogels; heat treatment means warming up to 500~1200 degrees and holding 0 to 12h. The method is simple and environmentally friendly. The prepared carbon aerogel has high pressure shrinkage, high resilience and excellent cycling stability. At the same time, the prepared carbon aerogel has high sensitivity and wide range linear sensing, and is applied to sensor parts.
【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏、宽线性传感范围的可压缩复合碳气凝胶及其制备与应用
本专利技术属于弹性碳材料领域,具体涉及一种具有高灵敏、宽线性传感范围的可压缩复合碳气凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
可压缩弹性碳气凝胶由于其在压缩过程中可将外部压力或应变转换为电流信号的性能,可组装成压阻式传感器应用于人机交互、生物医学监测和运动检测等领域。传统可压缩碳材料多由纳米碳材料如碳纳米管,石墨烯及其衍生物,及纳米碳复合材料等构建。但是,这些纳米碳材料多源于不可再生的石化资源,面临环境污染,不可持续等问题,且制备方法复杂,成本高昂。MXene作为一种新兴的二维材料,具有独特的物理化学性质,包括高电荷载流子迁移率、金属导电性、优异机械性能等,已广泛用于储能、电磁屏蔽、分离膜等领域。对于MXene的传感性能及其传感器领域的相关研究也有文献涉及到。有文献报道了具有网状结构的MXene/rGO气凝胶(3DSynergisticalMXene/ReducedGrapheneOxideAerogelforaPiezoresistiveSensor.AcsNano2018),该气凝胶可压缩。但该气凝胶的最大压缩量仅为60%,无法在宽压力或应变范围内获得高线性灵敏度,适用范围受限,使用寿命难以得到保证;且灵敏度较低(22.56kPa-1),应用也受限。另外,采用氧化石墨烯也使得该材料的成本高,难以实现实际应用。生物质作为自然界中储量丰富、廉价可再生的碳源,是用于构建低成本、可持续碳材料的理想原料。但单一生物质原料由于其结构设计的困难性,碳化过程中的大幅皱缩性和其衍生碳的脆性,这类材料的机械性能往往较 ...
【技术保护点】
1.一种高灵敏、宽线性传感范围的可压缩复合碳气凝胶的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:1)将MXene纳米片分散于水中,得到MXene悬浮液;2)将水溶性三价铁盐、酸、MXene悬浮液与壳聚糖混合均匀,冷冻处理,干燥,获得复合气凝胶;3)将复合气凝胶在惰性气氛中进行热处理,获得复合碳气凝胶;所述热处理是指升温至500~1200℃并保温0~12h。
【技术特征摘要】
1.一种高灵敏、宽线性传感范围的可压缩复合碳气凝胶的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:1)将MXene纳米片分散于水中,得到MXene悬浮液;2)将水溶性三价铁盐、酸、MXene悬浮液与壳聚糖混合均匀,冷冻处理,干燥,获得复合气凝胶;3)将复合气凝胶在惰性气氛中进行热处理,获得复合碳气凝胶;所述热处理是指升温至500~1200℃并保温0~12h。2.根据权利要求1所述高灵敏、宽线性传感范围的可压缩复合碳气凝胶的制备方法,其特征在于:步骤3)中所述热处理的温度为600~900℃;步骤1)中所述MXene悬浮液的浓度为0.5~10mg/mL;步骤2)中所述水溶性三价铁盐与MXene悬浮液的摩尔体积比为(0.0005~0.1)mol:1L;步骤2)中所述壳聚糖与MXene悬浮液的质量体积比为(0.02~2)g:100mL。3.根据权利要求2所述高灵敏、宽线性传感范围的可压缩复合碳气凝胶的制备方法,其特征在于:所述MXene悬浮液的浓度为1~5mg/mL;步骤3)中所述热处理的温度为700~900℃。4.根据权利要求1所述高灵敏、宽线性传感范围的可压缩复合碳气凝胶的制备方法,其特征在于:步骤2)中所述酸与MXene悬浮液的体积比为...
【专利技术属性】
技术研发人员:钟林新,胡艺洁,卓浩,彭新文,罗青松,易基旺,
申请(专利权)人:华南理工大学,
类型:发明
国别省市:广东,44
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