将纳米材料定向组装成 3D 架构是生产具有定制物理特性的宏观材料的有力工具。我们在本文中表明,这种工艺可以有利地用于制造轻质导电材料。具有极低密度(低至 ∼6 mg cm -3 )的银纳米线气凝胶 (AgNWAs)) 被冰模板化并冷冻干燥,从而产生基于一维纳米级构建块的 3D 形状细胞材料。由于其固有的中等机械阻力,纯 AgNWA 在实际应用中的潜在用途似乎相当有限。我们证明,以 1:1 的重量比添加羧甲基纤维素 (CMC) 可以制备具有高度改善的机械性能的混合气凝胶。CMC 的分子量被证明是确保 AgNW 良好分散的关键参数,从而达到优异的性能,例如非常低的电阻率(在 99.2 vol% 孔隙率下为 0.9 ± 0.2 Ω·cm)。银纳米线与 CMC-700k 的组合导致杨氏模量的增益高于 7100%,从 10.4 ± 0.9 kPa(在非常低的密度,即 12 mg cm-3 ) 对于 AgNWA,AgNW:CMC 气凝胶为 740 ± 40 kPa。机电特性使我们能够量化这些混合气凝胶的压电特性。揭示了在高 (50%) 变形下高达 100 次压缩循环的非常好的弹性和压电行为稳定性,这可能对压力传感器等各种应用感兴趣。
图文简介
基于 AgNW 的气凝胶的合成:1.0 wt% 的纯 AgNWA 的电气、机械和形态表征。(a-c)AgNWA 合成方案的示意图,其中(a)AgNW 在液态水中的分散;(b)在冰模板过程中生成 AgNW 的 3D 渗透网络和(c)导致干燥的 3D AgNW 网络的冰升华。( d )三个 AgNWA 的照片,从左到右在没有 tBuOH 的情况下在 -196 °C 下冷冻,在没有 tBuOH 的情况下在 -50 °C 下冷冻,在 -196 °C 下在 5.0 wt% tBuOH 下冷冻。(e) 三个 AgNWA 的电阻和密度。(f) 三种气凝胶的机械性能(杨氏模量和屈服强度)。(g-i) AgNWA 网络的 SEM 图像。
纯 AgNWA 的电气和机械特性(-50 °C 冷冻干燥)
AgNW:CMC 气凝胶与三种不同纤维素聚合物的电气、机械和形态特征。
AgNW:CMC 混合气凝胶的机电特性。冷冻条件设定为-50°C。(a) AgNW:CMC 700-1:1-0.5 wt % 和 AgNW:CMC700-1:1-1.0 wt % 气凝胶的灵敏度和 (b) 规格系数。(c) AgNW:CMC 700k 比例为 1:1 和 1.0 wt% 在 4 个不同压缩阶段的照片。( d )在样品高度一半的相同最大压缩位移下一百个循环的机械稳定性。样品的组成是重量比为 1:1 的 AgNW:CMC 700k,总浓度为 1.0 wt%。
论文信息
论文题目:Hybrid Silver Nanowire–CMC Aerogels: From 1D Nanomaterials to 3D Electrically Conductive and Mechanically Resistant Lightweight Architectures
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