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南京航空航天大學材料科學與技術學院Kai Xiang課題組——基于氮摻雜石墨烯氣凝膠柔性電極的高穩定性空氣工作電活性離子聚合物驅動器
      采用超聲溶出、水熱還原、冷凍干燥等方法制備了三維氮摻雜石墨烯氣凝膠(3D N-GAs)。這些N-GAs具有高比表面積、高氮摻雜量和三維多孔網絡結構。首次利用該三維N-GA柔性電極開發了柔性電活性離子聚合物驅動器。所開發的柔性驅動器在6 h循環后表現出11.8 mm (3 V和0.1 Hz)的大的峰對峰值的位移和93.8%的空氣工作高耐久性。這些成功的演示說明了3D N-GA柔性驅動器在下一代柔性機器人設備中的廣泛潛力。
 

圖1. 氮摻雜石墨烯氣凝膠的合成路線
 

圖2. 氧化石墨烯及不同3D N-GA(x)的XRD圖譜
 

圖3. 3D N-GA(x)的XPS光譜
 

圖4. 3D N-GA(1) 的(a) C1s和(b)N1s XPS光譜;3D N-GA(2) 的(c) C1s和(d)N1s XPS光譜;3D N-GA(3) 的(e) C1s和(f)N1s XPS光譜;3D N-GA(4) 的(g) C1s和(h)N1s XPS光譜
 

圖5. (a)、(b) 3D N-GA(1)的SEM圖像; (c)、(d) 3D N-GA(2)的SEM圖像;(e)、(f) 3D N-GA(3)的SEM圖像;(g)、(h) 3D N-GA(4)的SEM圖像
 

圖6. (a)三維N-GA的N2吸附-解吸等溫線和(b)相應3D N-GA(x)的孔徑分布
 

圖7. 三維N-GA電極電活性離子聚合物驅動器原理圖及截面掃描電鏡圖
 

圖8. 不同3D N-GA(x)和3D GA驅動器在3v 、0.1 Hz下的電致位移曲線
 

圖9. 不同3D N-GA(3)驅動器在3v 、0.1 Hz下的電致位移曲線
 

圖10. 不同3D N-GA(3)驅動器在0.1 Hz不同輸入電壓(1-3 V)下的電致位移
 

圖11. 3D N-GA(3)驅動器在3V正弦波輸入電壓下不同頻率(0.1-1 Hz)時的電致位移
 
 
圖12. 3V正弦波輸入電壓下不同頻率(0.1-1 Hz)時3D N-GA(3)驅動器的激發應變
 

圖13. 3D N-GA(3)驅動器在2V和1Hz下的峰對峰值的位移耐久性結果(6h)

       相關研究成果由南京航空航天大學材料科學與技術學院Kai Xiang課題組于2021年發表在J Mater Sci: Mater Electron(https://doi.org/10.1007/s10854-021-06643-6)上。原文:The highly stable air-working electro-active ionic polymer actuator based on nitrogen-doped graphene aerogel flexible electrode。

轉自《石墨烯雜志》公眾號

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