超轻气凝胶因其低密度、高孔隙率及大比表面积等优异性能而备受关注，在电子器件设计、绝热隔热、催化及吸声等领域表现出宽广的应用场景。从1931年起，研究者们利用溶胶-凝胶法设计了大量超轻气凝胶，其材料种类涵盖碳材料、陶瓷、聚合物以及金属等。然而，报道的大部分气凝胶难以兼具良好的柔性及弹性。

近日，浙江大学高超教授、许震副教授及刘英军研究员团队与彭玉鑫研究员合作，在期刊《Small》上，发表了最新研究成果“Highly Flexible and Superelastic Graphene Nanofibrous Aerogels for Intelligent Sign Language”。研究提出了一种石墨烯纳米纤维气凝胶（GNFAs）的跨尺度多孔结构设计思路，使一维纤维气凝胶能够兼具高柔性与超弹性。这种跨尺度多孔结构的石墨烯纳米纤维气凝胶通过静电纺丝-塑化发泡工艺制备。该多孔结构由双曲面微孔与中空的纳米纤维骨架组成，赋予了纳米纤维气凝胶优异的力学稳定性。报道的GNFAs在60%应变下经1000次压缩循环后可以完全恢复，并在90%的压缩应变下经10000次压缩循环后仍能保持良好的结构完整性。基于GNFA优异的机械性能，将其作为可穿戴的传感器，通过多层人工神经网络实现了高精度的手语智能识别。该论文的第一作者为浙江大学高分子系博士后庞凯、博士生马静雨及浙江大学体育系宋宪研究员。

图1、a） GNFA制备示意图。b） GNFA跨尺度多孔结构的SEM图。c） 大尺寸GNFA及其折叠和弯曲变形的图片。

图2、a） 纳米纤维层间发泡的结构演变图。b） 纳米纤维微发泡的结构演变图。c） 塑化发泡时间与双曲面微孔孔径和GNFA密度的关系图。d） 塑化发泡时间与纳米纤维直径的关系图。

图3、a） GNFA的弯折曲线图。b） GNFA的压缩曲线图。c） GNFA在90%应变下10000次压缩循环后的机械稳定性。d） GNFA在-50~250℃的动态机械性能。e）GNFA与其他文献气凝胶的回复程度对比。f）GNFA与其他文献气凝胶的循环稳定性对比。g）GNFA结构稳定性的原位SEM观察。

图4、a） GNFA传感器的结构示意图。b）GNFA传感器的电阻变化比-拉伸应变曲线。c） 不同密度的GNFA传感器的灵敏度因子。d） GNFA传感器电阻变化比-弯曲角度曲线。e）GNFA传感器的拉伸循环曲线。f）GNFA传感器的弯曲循环曲线。g）GNFA传感器的拉伸循环信号曲线。h）GNFA传感器的弯曲循环信号曲线。

图5、a）带有10个GNFA传感器和无线DAQ的手套。b） 做出“A”手语时10个传感器的电信号。c） A到Z的26个手语字母图。d）手语的人机交互流程图，包括信号调节、收集和处理。e） 测试过程中识别“A”的手语。

文章链接：

2024~庞凯~Small~ Highly Flexible and Superelastic Graphene Nanofibrous Aerogels for Intelligent Sign Language.pdf