納米復(fù)合導(dǎo)電纖維是新開發(fā)的一種輕質(zhì)材料，具有高柔韌性和強(qiáng)可編織性，可以滿足柔性可穿戴設(shè)備的要求。在此，通過濕紡法制備了涂有聚吡咯（PPy）層的輕質(zhì)多孔芳綸納米纖維（ANF）和碳納米管（CNT）氣凝膠纖維，可用于運(yùn)動(dòng)檢測和信息傳輸。ANF/CNT/PPy氣凝膠纖維具有低密度（56.3 mg/cm
3）、電導(dǎo)率（6.43 S/m）和拉伸強(qiáng)度（2.88 MPa），具有高靈敏度（0.12）和長壽命（1000 次循環(huán)）。同時(shí)，利用氣凝膠纖維的微分電導(dǎo)率來減少信息傳輸時(shí)間（最高可達(dá)46%）。耐高溫和耐低溫（-196 至 100℃）氣凝膠纖維也可用作快速加熱器和離子溶液檢測器。綜上所述，制備的 ANF/CNT/PPy 氣凝膠纖維可用作人體健康檢測和運(yùn)動(dòng)監(jiān)測的多功能傳感器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，
Figure 1. ANF/CNT/PPy氣凝膠纖維的制備：（a，b）制備流程示意圖； (c) ANF/CNT 分散體的 TEM 圖； (d) ANF/CNT 和 ANF/CNT/PPy 纖維的微流控組裝； (e) ANF/CNT/PPy 水凝膠纖維的 3D 圖； (f-h) ANF/CNT/PPy 氣凝膠纖維的 SEM 圖。
Figure 2. 基于 ANF 的氣凝膠纖維的表征：（a）光學(xué)顯微鏡照片，（b）結(jié)構(gòu)示意圖，（c）FTIR 光譜，（d）XRD 光譜，（e）拉曼光譜，（f）XPS 光譜，（j）應(yīng)力-基于 ANF 的氣凝膠纖維的應(yīng)變曲線、(k) 拉伸強(qiáng)度、(l) 伸長率和 (m) 韌性值。 (g) ANF/CNT/PPy 樣品懸掛 100 克重物（左）并盤繞成彈簧（右）的照片。 (h) ANF/CNT/PPy 氣凝膠纖維在冷液氮中的照片。 (i) ANF/CNT/PPy 氣凝膠纖維在熱板上的照片（左）和熱擴(kuò)散圖（右）。
Figure 3. (a) ANF、(b) ANF/CNT、(c) ANF/PPy 和 (d) ANF/CNT/PPy 氣凝膠纖維在不同尺度下的橫截面形貌和平面圖像。
Figure 4. ANF/CNT/PPy氣凝膠纖維的傳感特性：（a）不同拉伸變形下纖維的電流-時(shí)間（i-t）圖； (b) 從-0.1 到 0.1 V 獲得的線性電流-電壓 (i-v) 圖； (c) 對拉伸變形的相應(yīng)檢測靈敏度（插圖顯示拉伸前（左）和拉伸后（右）的纖維）； (d) i-t 和壓力-時(shí)間 (pt-t) 曲線之間的同步關(guān)系。 (e) 拉伸和 (f) 彎曲變形下傳感器的傳感原理示意圖。 (g) 不同彎曲變形下纖維的 i-t 圖； (h) 感應(yīng)對不同彎曲角度（上）和相對電流變化（下）的響應(yīng)； (i) 對彎曲角度的相應(yīng)敏感性（插圖顯示了彎曲前（左）和后（右）彎曲的光纖）； (j) 在不同頻率下監(jiān)測時(shí)的相對電流變化。 (k) 圖像和 (l) 戴在手指上的光纖的相對電流變化； (m) 1000 次彎曲矯直循環(huán)期間的傳感重復(fù)性測試。
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Figure 5. 用于信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí) ANF/CNT/PPy 感覺系統(tǒng)：(a) 感覺系統(tǒng)附著在成人手的表面； (b) 輕按時(shí)感覺系統(tǒng)的變形變化圖； (c) i-t 曲線和 (d) 不同壓力下感覺系統(tǒng)的相應(yīng)靈敏度。通過輕壓和重壓 ANF/CNT/PPy 感覺系統(tǒng)來編碼首字母縮略詞 (e) “SUST”、(f) “ANF”和 (g) “PPY”。英文字母表中的 26 個(gè)字母及其在國際摩爾斯電碼中對應(yīng)的符號(hào)，分別表示為 (h) 輕按和重按和 (k) 短時(shí)和長按。通過短時(shí)和長時(shí)按壓 ANF/CNT/PPy 感覺系統(tǒng)對首字母縮略詞 (i) “SUST”和 (j) “ANF”進(jìn)行編碼； (l) 壓力和時(shí)間模式的時(shí)間支出。 (m) 2 × 2 縱橫交錯(cuò)的紡織鍵盤的照片和電氣連接； (n) 紡織鍵盤的編織圖（黑色：ANF/CNT/PPy 氣凝膠纖維，紅色：對電極，黃色：工作電極 1，綠色：工作電極 2）； (o) 紡織鍵盤的工作機(jī)制； (p) 紡織鍵盤上“ACS”和“NANO”字樣的編碼。
Figure 6. ANF/CNT/PPy 氣凝膠纖維的加熱性能和離子溶液識(shí)別：(a) 熱電偶測試裝置，(b) 熱像儀，(c) 溫度-時(shí)間曲線，(d) 溫度對電壓的響應(yīng)； (e) 不同電壓下氣凝膠纖維的熱擴(kuò)散圖像。 (f) 浸入 NaCl、NaOH 和 HCl 溶液中的 ANF/CNT/PPy 纖維； (g) i-t 曲線和 (h) 光纖中相應(yīng)的相對電流變化。
相關(guān)研究工作由陜西科技大學(xué)Zhaoqing Lu課題組于2022年在線發(fā)表于《ACS Nano》期刊上，原文： In Situ Loading of Polypyrrole onto Aramid Nanofiber and Carbon Nanotube Aerogel Fibers as Physiology and Motion Sensors。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
