成果简介
图文导读
图1. 石墨烯/硅酸盐复合材料（GSCs）自上而下的制备和传感性能设计流程图。(a) 高导电性石墨烯-硅酸盐复合材料的制备过程，包括直接涂墨、原位水热处理、冷冻干燥和热退火。(b)-(d) 压阻效应和热电效应导致的压力和温度传感性能示意图。
图2. 石墨烯/硅酸盐复合材料（GSCs）的微结构表征。
图3. 石墨烯/硅酸盐复合材料（GSCs）的导电性研究。
图4、石墨烯/硅酸盐复合材料（GSCs）的机械和压阻特性。石墨烯/硅酸盐复合材料（GSCs）的机械和压阻特性。
图5. 石墨烯/硅酸盐复合材料（GSCs）电阻的温度传感性能。
图6. 石墨烯/硅酸盐复合材料（GSCs）的热电性能。(a) 不同温度下的电压输出响应。(b) ΔT 与 ΔV 之间的关系。(c) 20 小时内产生的电压。(d) 在循环加热-冷却过程中热电特性的稳定性。
图7. 对 GSC 热电性能的影响。
小结
本研究采用自上而下的方法合成了智能石墨烯-硅酸盐复合材料（GSCs），其中硅酸盐基体被可控地注入到具有极高孔隙率的三维打印石墨烯晶格中。高度相互连接的石墨烯网络显著提高了导电性，导电范围从 6.49 到 43.47S/m，石墨烯含量的阈值非常低，仅为0.1wt.%。GSCs 的导电率是随机分散石墨烯的传统陶瓷复合材料的100多倍。三维石墨烯网络和硅酸盐相之间形成的互穿微结构赋予了其卓越的机械坚固性和更好的抗疲劳性。GSC 具有高灵敏度的压阻行为和负的电阻温度系数。因此，作为多尺度传感网络的三维石墨烯晶格使 GSC 能够对外部机械和热刺激做出有效响应。此外，GSCs还具有显著的热电性能，其塞贝克系数高达20.14μV K-1，超过了纯三维石墨烯晶格，从而有助于精确监测温度波动。这些研究结果表明，GSCs为开发高导电性石墨烯基智能复合材料提供了一种前景广阔的方法，有望应用于热机械传感、损伤检测和能量收集等领域。未来的研究应侧重于压阻和热电机制的理论研究，并进一步提高对更大变形和更高温度的传感能力。
文献：
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2025.120026
信息来源：材料分析与应用
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