Superelastic Ti3C2Tx MXene-Based Hybrid Aerogels for Compression-Resilient Devices

材料科学 石墨烯 气凝胶 超级电容器 压阻效应 复合材料 纳米技术 电容 光电子学 电极 化学 物理化学
作者
Degang Jiang,Jizhen Zhang,Si Qin,Zhiyu Wang,Ken Aldren S. Usman,Dylan Hegh,Jingquan Liu,Weiwei Lei,Joselito M. Razal
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (3): 5000-5010 被引量:235
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c09959
摘要

Superelastic aerogels with excellent electrical conductivity, reversible compressibility, and high durability hold great potential for varied emerging applications, ranging from wearable electronics to multifunctional scaffolds. In the present work, superelastic MXene/reduced graphene oxide (rGO) aerogels are fabricated by mixing MXene and GO flakes, followed by a multistep reduction of GO, freeze-casting, and finally an annealing process. By optimizing both the composition and reducing conditions, the resultant aerogel shows a reversible compressive strain of 95%, surpassing all current reported values. The conducting MXene/rGO network provides fast electron transfer and stable structural integrity under compression/release cycles. When assembled into compressible supercapacitors, 97.2% of the capacitance was retained after 1000 compression/release cycles. Moreover, the high conductivity and porous structure also enabled the fabrication of a piezoresistive sensor with high sensitivity (0.28 kPa-1), wide detection range (up to 66.98 kPa), and ultralow detection limit (∼60 Pa). It is envisaged that the superelasticity of MXene/rGO aerogels offers a versatile platform for utilizing MXene-based materials in a wide array of applications including wearable electronics, electromagnetic interference shielding, and flexible energy storage devices.
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