福建工程学院《ACS ANM》：聚苯胺/石墨烯/碳纳米管复合材料，用于储能驱动传感

1成果简介 

到目前为止，已经开发出许多性能优异的碳基软致动器，致动器的各项指标都接近极限。然而，与天然生物肌肉的智能性和多功能性相比，软致动器仍然存在功能单一、智能不足的缺点。本文，福建工程学院翁明岑副教授团队在《ACS Appl. Nano Mater.》期刊发表名为“Polyaniline/Reduced Graphene Oxide/Carbon Nanotube Composites for Actuation-Based Sensing for Energy Storage”的论文，研究充分利用聚苯胺/还原氧化石墨烯/碳纳米管（PANI/RGO/CNT）复合材料来设计和制造具有自供电温度传感功能的智能抓手。

首先，PANI/RGO/CNT复合材料具有低热膨胀系数（CTE）和负温度电阻率的特点。通过与具有高热膨胀系数的聚合物配合使用，可以构建电阻温度系数为2364 ppm K-1的具有温度传感功能的多功能双层致动器。在光照射下（功率密度为 300 mW cm–2）、致动器的表面温度、弯曲曲率和电阻变化分别高达48.8℃、0.86 cm-1和-6.1%。其次，PANI/RGO/CNT复合材料还具有大面积电容（165.8 mF cm-2）的优点，因此，可以通过巧妙的结构设计构建具有储能模块的集成双层致动器，并用作可变形的超级电容器。最后，基于多功能双层致动器和集成双层致动器在结构和致动机制上的相似性，提出了一种具有自供电温度感应功能的智能抓手，以便在抓取物体时实时反馈智能抓手的温度变化。在不增加结构复杂性的情况下，实现了智能抓取器的多功能性，展示了在软致动器设计中集成传感和储能的设计理念的优势。所提出的PANI/RGO/CNT复合材料在智能致动器、可变形超级电容器和人造肌肉等领域具有巨大的应用潜力。

2图文导读  

图1、 BOPP/PANI/RGO/CNT 复合材料的制备和表征

图2、BOPP/PANI/RGO/CNT致动器的光驱动驱动和温度传感

图3、用PANI/RGO/CNT复合材料制成的超级电容器的结构示意图及电容特性

图4、（a） 仿生蠕虫爬行过程示意图。仿生蠕虫爬行过程的光学照片（b）和热红外图像（c）。（d） 智能窗帘开启过程示意图。智能窗帘开启过程的光学照片（e）和热红外图像（f）。（g） 温度传感器双模感应示意图。（h） 温度传感器对热水反应的视觉感应。（i） 温度传感器响应热水的电感应信号。

图5.（a） 集成执行器的示意图。（b） 集成执行器的光驱动驱动。（c） 集成致动器在不同电流密度下的GCD曲线。（d） 具有温度感应功能的智能抓手的物体运输过程示意图。（e） 在运输物体过程中具有温度感应功能的智能抓手的电信号。具有温度感应功能的智能抓手的物体运输过程的光学照片（f）和热红外图像（g）。

3小结 

综上所述，充分利用PANI/RGO/CNT复合材料和BOPP薄膜的各种理化性能来设计和制造具有自供电温度传感功能的智能抓手。本文提出的集成策略对未来多功能致动器的研究和制备具有重要意义。

文献：

https://doi.org/10.1021/acsanm.3c00655

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