Nanocellulose-Assisted Construction of Multifunctional MXene-Based Aerogels with Engineering Biomimetic Texture for Pressure Sensor and Compressible Electrode

材料科学 气凝胶 超级电容器 复合材料 电极 纳米纤维素 碳纳米管 纳米技术 电化学 纤维素 化学工程 化学 物理化学 工程类
作者
Ting Xu,Qun Song,Kun Liu,Huayu Liu,Junjie Pan,Wei Liu,Lin Dai,Alan Meng,Yaxuan Wang,Chuanling Si,Haishun Du,Kai Zhang
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:15 (1) 被引量:262
标识
DOI:10.1007/s40820-023-01073-x
摘要

Multifunctional architecture with intriguing structural design is highly desired for realizing the promising performances in wearable sensors and flexible energy storage devices. Cellulose nanofiber (CNF) is employed for assisting in building conductive, hyperelastic, and ultralight Ti3C2Tx MXene hybrid aerogels with oriented tracheid-like texture. The biomimetic hybrid aerogels are constructed by a facile bidirectional freezing strategy with CNF, carbon nanotube (CNT), and MXene based on synergistic electrostatic interaction and hydrogen bonding. Entangled CNF and CNT "mortars" bonded with MXene "bricks" of the tracheid structure produce good interfacial binding, and superior mechanical strength (up to 80% compressibility and extraordinary fatigue resistance of 1000 cycles at 50% strain). Benefiting from the biomimetic texture, CNF/CNT/MXene aerogel shows ultralow density of 7.48 mg cm-3 and excellent electrical conductivity (~ 2400 S m-1). Used as pressure sensors, such aerogels exhibit appealing sensitivity performance with the linear sensitivity up to 817.3 kPa-1, which affords their application in monitoring body surface information and detecting human motion. Furthermore, the aerogels can also act as electrode materials of compressive solid-state supercapacitors that reveal satisfactory electrochemical performance (849.2 mF cm-2 at 0.8 mA cm-2) and superior long cycle compression performance (88% after 10,000 cycles at a compressive strain of 30%).
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