南京航空航天大学Kai Xiang课题组——基于氮掺杂石墨烯气凝胶柔性电极的高稳定性空气工作电活性离子聚合物驱动器
采用超声溶出、水热还原、冷冻干燥等方法制备了三维氮掺杂石墨烯气凝胶(3D N-GAs)。这些N-GAs具有高比表面积、高氮掺杂量和三维多孔网络结构。首次利用该三维N-GA柔性电极开发了柔性电活性离子聚合物驱动器。所开发的柔性驱动器在6 h循环后表现出11.8 mm (3 V和0.1 Hz)的大的峰对峰值的位移和93.8%的空气工作高耐久性。这些成功的演示说明了3D N-GA柔性驱动器在下一代柔性机器人设备中的广泛潜力。
图1. 氮掺杂石墨烯气凝胶的合成路线
图2. 氧化石墨烯及不同3D N-GA(x)的XRD图谱
图3. 3D N-GA(x)的XPS光谱
图4. 3D N-GA(1) 的(a) C1s和(b)N1s XPS光谱；3D N-GA(2) 的(c) C1s和(d)N1s XPS光谱；3D N-GA(3) 的(e) C1s和(f)N1s XPS光谱；3D N-GA(4) 的(g) C1s和(h)N1s XPS光谱
图5. (a)、(b) 3D N-GA(1)的SEM图像; (c)、(d) 3D N-GA(2)的SEM图像;(e)、(f) 3D N-GA(3)的SEM图像;(g)、(h) 3D N-GA(4)的SEM图像
图6. (a)三维N-GA的N2吸附-解吸等温线和(b)相应3D N-GA(x)的孔径分布
图7. 三维N-GA电极电活性离子聚合物驱动器原理图及截面扫描电镜图
图8. 不同3D N-GA(x)和3D GA驱动器在3v 、0.1 Hz下的电致位移曲线
图9. 不同3D N-GA(3)驱动器在3v 、0.1 Hz下的电致位移曲线
图10. 不同3D N-GA(3)驱动器在0.1 Hz不同输入电压(1-3 V)下的电致位移
图11. 3D N-GA(3)驱动器在3V正弦波输入电压下不同频率(0.1-1 Hz)时的电致位移
图12. 3V正弦波输入电压下不同频率(0.1-1 Hz)时3D N-GA(3)驱动器的激发应变
图13. 3D N-GA(3)驱动器在2V和1Hz下的峰对峰值的位移耐久性结果(6h)
相关研究成果由南京航空航天大学材料科学与技术学院Kai Xiang课题组于2021年发表在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。