石墨烯基氣凝膠的案例
西南交大孟凡彬團隊 CEJ ：通過諧振腔共振損耗和次序衰減策略實現(xiàn)核殼異質(zhì)石墨烯基氣凝膠微球?qū)掝l高效微波吸收
近年來，石墨烯基氣凝膠因其輕質(zhì)、高效的吸波性能而備受關(guān)注。石墨烯氣凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以作為骨架結(jié)構(gòu)負載其他介電/磁損耗介質(zhì)，以進一步提高微波吸收性能。然而，石墨烯基氣凝膠相關(guān)的結(jié)構(gòu)控制技術(shù)仍然相對缺乏，特別是對于氣凝膠宏觀形狀和微觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計，不利于進一步優(yōu)化石墨烯基氣凝膠的電磁波吸收性能。此外，石墨烯基氣凝膠還存在吸收頻帶單一、帶寬窄等問題。因此，設(shè)計基于石墨烯新型氣凝膠結(jié)構(gòu)，探究新的電磁波損耗機制以實現(xiàn)寬頻高效微波吸收性能是研究的熱點和挑戰(zhàn)。通過氣凝膠形狀和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計，引入更有效的電磁損耗和協(xié)同增強是實現(xiàn)寬帶高效電磁波吸收的有效途徑。
西南交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院孟凡彬“電磁功能材料”團隊近年來致力于電紡制備具有輕質(zhì)寬頻高效吸波功能的石墨烯基氣凝膠微球研究（Nano Research, 2018, 11, 2847; Nano Research, 2020, 13, 477; Chemical Engineering Journal, 2020, 391, 123512；Chemical Engineering Journal, 2022, 427, 131746；材料工程，2021, 49 (11): 14-29.）。通過調(diào)控電紡過程中紡絲針頭結(jié)構(gòu)和電紡參數(shù)，實現(xiàn)對微球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組分的可控制備，并根據(jù)對石墨烯基氣凝膠微球的結(jié)構(gòu)/組分/形態(tài)的電磁仿真優(yōu)化，實現(xiàn)石墨烯基氣凝膠微球?qū)﹄姶挪ǖ母咝掝l吸收，并揭示多殼層氣凝膠微球?qū)﹄姶挪ǖ亩嘀C振協(xié)同響應(yīng)和損耗機理。
在前期研究基礎(chǔ)上，孟凡彬團隊進一步提出利用同軸靜電紡絲結(jié)合冷凍干燥和熱還原技術(shù)制備了具有核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)的石墨烯基氣凝膠微球（圖1）。
展開 用于電磁干擾屏蔽的Mxene和石墨烯氣凝膠的制備、進展、面臨挑戰(zhàn)和前景
另一方面，石墨烯基氣凝膠具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和低密度，在各種應(yīng)用中具有競爭力。由于石墨烯基氣凝膠的結(jié)構(gòu)各向異性，當與排列孔隙結(jié)合時，可以實現(xiàn)增強和可調(diào)的電磁干擾屏蔽性能。
然而，在創(chuàng)造具有排列孔的高性能MXene和石墨烯基材料的道路上仍然存在一些障礙。首先，MXene和石墨烯都具有較弱的凝膠能力，這使得單獨使用它們來創(chuàng)建定向結(jié)構(gòu)具有挑戰(zhàn)性。即使形成了這樣的結(jié)構(gòu)，它們也往往很脆，容易損壞，這阻礙了這些材料的發(fā)展。因此，材料復(fù)合材料對于MXene和石墨烯的推廣至關(guān)重要，特別是與聚合物的組合可以有效提高材料的機械性能。其次，MXene在環(huán)境條件下容易氧化，導(dǎo)致其導(dǎo)電性迅速惡化，EMI屏蔽性能嚴重減弱。因此，提高MXene的可靠性和穩(wěn)定性對于MXene基各向異性多孔材料的發(fā)展至關(guān)重要。第三，由于制造工藝的限制，大多數(shù)石墨烯氣凝膠實際上是由氧化石墨烯納米片構(gòu)建的。這損害了材料的導(dǎo)電性，雖然它可以通過熱和化學(xué)還原來改善，但這些過程也可能破壞氣凝膠結(jié)構(gòu)。因此，開發(fā)具有高導(dǎo)電性和穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的定向多孔石墨烯氣凝膠是未來的關(guān)鍵研究目標。最后，與MXene和石墨烯生產(chǎn)相關(guān)的高制造成本阻礙了大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。尋找經(jīng)濟的合成路線對于使這些材料更容易為各種工業(yè)所用至關(guān)重要。解決這些挑戰(zhàn)對于推進排列孔MXene和石墨烯基材料的開發(fā)和應(yīng)用至關(guān)重要，這些材料可用于EMI屏蔽及其他領(lǐng)域。因此，基于MXene和石墨烯的材料研究仍有很大的創(chuàng)新和增長空間。我們希望，我們已經(jīng)提供了MXene，石墨烯及其相應(yīng)的復(fù)合材料的基本認識，在不久的將來實現(xiàn)現(xiàn)代電子目標。
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展開 北理工曲良體團隊ACS Nano：重構(gòu)氧化石墨烯液晶實現(xiàn)石墨烯氣凝膠的大規(guī)模制備
【引言】
石墨烯氣凝膠作為近年來最具吸引力的碳材料之一，在儲能轉(zhuǎn)換、環(huán)境修復(fù)、高性能傳感器、超輕型阻燃劑、電磁干擾屏蔽、吸聲、高效太陽熱轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域顯示出巨大的潛力。制備超輕石墨烯氣凝膠的方法和工藝，包括化學(xué)氣相沉積、溶液冷凍干燥、溶膠-凝膠法、模板介導(dǎo)的溶液組裝和3D打印等。在以往的研究中，溶膠-凝膠法和空氣干燥法被認為是實現(xiàn)超彈性（>90%應(yīng)變）和超低密度（小于10 mg cm-3）石墨烯氣凝膠的低成本、大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的重要方法。化學(xué)還原或交聯(lián)驅(qū)動的氧化石墨烯（GO）的凝膠化過程是其中的關(guān)鍵步驟。液晶（LC）相通常在GO水分散體中自發(fā)形成，當不存在特殊控制時，其通常顯示常規(guī)的向列相或?qū)訝钕唷２恍业氖牵蛄邢嗷驅(qū)訝钕郍O LCs在微觀上有序，但宏觀上是嚴重?zé)o序，尤其是大尺寸（e.g. 米級尺寸），這將嚴重破壞大尺寸樣品石墨烯水凝膠的均勻性和完整性，進一步阻礙了干燥后大塊石墨烯氣凝膠的成功制備。因此，建立適合工業(yè)應(yīng)用的方法制備大尺寸、結(jié)構(gòu)完整的石墨烯氣凝膠仍然是一個重大挑戰(zhàn)。
【成果簡介】
近日，在曲良體教授（通訊作者）團隊的帶領(lǐng)下，北京理工大學(xué)與清華大學(xué)合作，開發(fā)了一種表面活性劑發(fā)泡溶膠-凝膠法，通過微泡模板有效地破壞和重建分散體系中的GO LCs，從而獲得大尺寸、結(jié)構(gòu)完整的石墨烯水凝膠塊(GHB)。經(jīng)過簡單冷凍和風(fēng)干后，得到的石墨烯氣凝膠塊（GAB）表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)完整的尺寸約為1 m2，超彈性高達99％壓縮應(yīng)變，超低密度2.8 mg cm-3，具有快速的太陽能熱轉(zhuǎn)換能力。
展開 最輕和最強的材料：石墨烯氣凝膠
，由于其具有出色的導(dǎo)電性能，石墨烯氣凝膠3D打印機還可以應(yīng)用于制作受損的電生成組織替代物，例如神經(jīng)，骨骼或骨骼和心肌，還可用于3D打印石墨烯電池，更有效的存儲能量。
石墨烯氣凝膠3D打印機的潛力巨大，而且石墨烯本身已對許多行業(yè)產(chǎn)生顯著影響。該團隊的鄭曉宇先生表示，工業(yè)設(shè)計師如今無需考慮石墨烯片構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)的限制，石墨烯氣凝膠3D打印機可以達到極高的制造自由，輕松達成強度、電導(dǎo)率、質(zhì)量傳遞和重量密度的優(yōu)化，3D打印機在這個過程中扮演者至關(guān)重要的角色。
《Carbon》石墨烯氣凝膠結(jié)構(gòu)調(diào)控方面取得進展
石墨烯是碳原子以sp2雜化方式構(gòu)建的二維蜂窩狀納米片層，因其優(yōu)異的理化性能和超大的理論比表面積，在光電、催化、傳感器、環(huán)境修復(fù)等的領(lǐng)域都展現(xiàn)出良好的應(yīng)用發(fā)展前景。石墨烯片層組裝構(gòu)建的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)氣凝膠，不但良好保持了片層的優(yōu)良特性，同時在環(huán)境修復(fù)應(yīng)用中還便于回收和循環(huán)使用，是石墨烯應(yīng)用的重要發(fā)展方向。溶膠-凝膠法是制備石墨烯氣凝膠最常用的方法，但片層凝膠化組裝過程不可避免會發(fā)生片層的面對面堆垛，最終得到的氣凝膠比表面積小，結(jié)構(gòu)較脆、易碎。目前雖有大量研究表明通過引入各式各樣修飾結(jié)構(gòu)，可抑制片層的堆垛，增強氣凝膠的機械性能等，然而如何簡單地僅通過調(diào)控納米片層自身結(jié)構(gòu)就能達到相同的目的卻很難實現(xiàn)。
中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所納米環(huán)境功能材料研究組（付明來研究組）基于已有石墨烯研究基礎(chǔ)，通過調(diào)控納米片層上含氧結(jié)構(gòu)的分布，破壞片層表面原本穩(wěn)定的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，使納米片層能在簡單的水溶液中發(fā)生褶皺，實現(xiàn)片層的自我堆垛抑制，同時研究發(fā)現(xiàn)采用該片層構(gòu)建的氣凝膠具有更優(yōu)異的機械彈性和疏水性。該氣凝膠對常見油類和有機溶劑的吸附容量可達154-325 g/g，相對于常規(guī)氣凝膠的吸附容量提高了224%-406%，可應(yīng)用在水體中有機污染物的高效選擇去除。
圖：片層調(diào)控構(gòu)建氣凝膠過程示意及氣凝膠的優(yōu)異疏水性和彈性
該研究成果基于納米片層基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，充分利用二維材料結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，優(yōu)化氣凝膠性能，更強調(diào)了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)研究的重要性。相關(guān)論文“Tuning oxygen clusters on graphene oxide to synthesize graphene aerogels with crumpled nanosheets for effective removal of organic pollutants”發(fā)表在Carbon（Carbon 2019, 143, 897-907）上。
展開 高性能氣凝膠隔熱材料、石墨烯、液態(tài)金屬等入選！
近日，工業(yè)和信息化部、國務(wù)院國資委發(fā)布“關(guān)于印發(fā)前沿材料產(chǎn)業(yè)化重點發(fā)展指導(dǎo)目錄（第一批）的通知”，本批指導(dǎo)目錄收錄了15種前沿材料，其中高性能氣凝膠隔熱材料、石墨烯、液態(tài)金屬列入其中。
前沿材料代表新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向與趨勢，具有先導(dǎo)性、引領(lǐng)性和顛覆性，是構(gòu)建新的增長引擎的重要切入點。據(jù)了解，本次列入目錄材料是已有相應(yīng)研究成果，具備工程化產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)，有望率先批量產(chǎn)業(yè)化的前沿材料。相關(guān)企業(yè)可以結(jié)合實際積極開展技術(shù)創(chuàng)新、應(yīng)用探索和產(chǎn)業(yè)布局。
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展開 石墨烯氣凝膠
石墨烯氣凝膠質(zhì)量輕、比表面積大，所以對污染物的吸附量高，在環(huán)境治理方面有著很大的潛力，它能很好地吸附水里面的油污和有機染料，且在吸收后還能做到原油回收，氣凝膠本身也能重新再使用。石墨烯氣凝膠的這種特性使得海上原油泄漏事件在未來將不再是環(huán)境噩夢，可阻止原油進一步污染海洋，破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)。
具有可逆可調(diào)熱阻的石墨烯氣凝膠，用于電池?zé)峁芾?/span>
具有低熱阻的碳基材料有利于冷卻電子設(shè)備，而具有高熱阻的氣凝膠則起到隔熱作用。然而，使用相同的材料實現(xiàn)熱傳導(dǎo)和隔熱是一項重大挑戰(zhàn)。近期，廈門大學(xué)張學(xué)驁教授、蔡偉偉教授、張宇鋒副教授研究采用溶劑熱法合成了石墨烯氣凝膠，高溫退火降低了石墨烯氣凝膠的熱阻。具有可調(diào)熱阻的彈性石墨烯氣凝膠使其具有隔熱和導(dǎo)熱的雙重功能成為可能。80%壓縮應(yīng)變的石墨烯氣凝膠的熱阻比原始狀態(tài)低3.3倍。在鋰離子電池（LIB）的熱管理過程中，原始的石墨烯氣凝膠就像一個熱絕緣體，在環(huán)境溫度較低（-20°C）時防止LIB的熱量損失，從而使溫度提高9°C，并使LIB的放電容量提高26%。相反，當工作溫度較高（40°C）時，具有低熱阻的壓縮石墨烯氣凝膠充當熱界面材料，將 LIB 的過多熱量散發(fā)出去，防止過熱。相關(guān)研究成果以“Graphene aerogel with reversibly tunable thermal resistance for battery thermal management”為題發(fā)表于《J. Mater. Chem. A》。
圖1 GA和GA3000的熱性能及表征
圖2 GA3000的熱性能和力學(xué)性能
圖3 GA3000用于LIB熱管理的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)
圖4 a/b)在冷和熱環(huán)境下工作的LIB熱管理系統(tǒng)示意圖。（c-g）基于COMSOL模擬的lib在-20℃和40℃下表面溫度的比較，f) LIBs與ga3000接觸界面示意圖。
展開 青科大閆業(yè)海教授課題組在高性能聚合物分離膜方面取得系列進展
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.03.089
受荷葉等具有非對稱超浸潤性材料啟發(fā)，以氧化石墨烯（GO）和聚乙烯醇(PVA)為構(gòu)筑單元制得新型的Janus GO/PVA氣凝膠；該氣凝膠可實現(xiàn)不同種類高度穩(wěn)定化乳液的可控按需分離；在重力驅(qū)動下，即可獲得高分離通量和高選擇性，分離性能遠優(yōu)于傳統(tǒng)商業(yè)聚合物膜，見圖4。
圖4 Janus石墨烯基氣凝膠油水乳液分離效率
相關(guān)研究成果發(fā)表于期刊ACS Applied Materials & Interfaces，第一作者為碩士生李玉珍。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acsami.9b11277
考慮將Janus分離材料用于氣體分離領(lǐng)域，制備出可用于化學(xué)反應(yīng)過程耦合的Janus聚合物膜。該Janus膜兩側(cè)表現(xiàn)出對氣泡明顯不同的浸潤行為，并具有對氣泡的單向透過性，可將其用于產(chǎn)氣液相反應(yīng)與耗氣液相反應(yīng)的耦合，例如將Janus膜連接產(chǎn)生CO2的反應(yīng)與消耗CO2的反應(yīng)，可實現(xiàn)溫室氣體的原位消耗與轉(zhuǎn)換。相關(guān)研究成果發(fā)表于期刊Journal of Colloid and Interface Science。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2019.08.105
此前，課題組還提出一種窄孔徑分布的、雙連續(xù)均孔膜的制備方法。良好的孔道貫穿性和致密皮層的缺失有利于提高滲透性；而均一的納米級膜孔結(jié)構(gòu)有利于提高選擇透過性。
展開 PVA/石墨烯/LDH混合氣凝膠，具有輕質(zhì)、防火、抗壓等性能
聚乙烯醇（PVA）氣凝膠具有優(yōu)異的環(huán)保性能，一直被認為可以取代不可降解的聚合物泡沫。然而，由于高易燃性、親水性和較差的抗壓性能，PVA氣凝膠一直被排除在實用之外。近日，福州大學(xué)鄭玉嬰教授、施永乾等研究人員通過冷凍干燥法和靜電吸附阻燃劑法制備了具有防火安全性和耐壓性能的PVA/可膨脹氧化石墨烯（EGO）/層狀雙氫氧化物（LDHs）（PGL）氣凝膠。氣凝膠中的冰晶升華后形成大量樹狀孔道結(jié)構(gòu)。同時，EGO和LDHs的復(fù)配使PGL氣凝膠具有6.0917 MPa的高抗壓強度（80%應(yīng)變時）、19.16 m2/s2的高比模量和0.059 g/cm3的超低密度。特別是制備的PGL氣凝膠的熱釋放量降低了55.4%，煙釋放量降低了54.3%，極限氧指數(shù)達到31%。此外，LDHs還增強了與PVA/EGO的界面，從而改善了疏水性能。靜電吸附作為一種簡便的生產(chǎn)工藝為滿足PVA氣凝膠的抗壓、阻燃、隔熱、抑煙等要求奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果以“A Facile Strategy for Constructing Lightweight, Fire Safety and Compression Resistance Poly(vinylalcohol) Aerogels with Highly-efficient Expansible Graphene Oxide/Layered Double Hydroxides Hybrid Synergistic Flame Retardant”為題發(fā)表于《J COLLOID INTERF SCI》。
展開 通過共混紡輔助冷凍鑄造的可定制彈性多功能石墨烯氣凝膠
石墨烯氣凝膠因其獨特的物理特性而備受關(guān)注，但其較差的機械特性和功能性的缺乏阻礙了其先進應(yīng)用。近期，新加坡國立大學(xué)Yong Yang、Wei Zhai等研究人員提出了一種混合-紡絲輔助冷凍鑄造（BSFC）策略，將顆粒改性碳纖維加入石墨烯氣凝膠中，以實現(xiàn)機械強化和功能增強。這種方法為創(chuàng)造可定制的多材料、多尺度結(jié)構(gòu)石墨烯氣凝膠提供了極大的自由度。例如，我們制造了碳化硅顆粒改性碳纖維增強石墨烯（SiC/CF-GA）氣凝膠。所制備的氣凝膠具有超輕、高彈性、抗疲勞壓縮（50%應(yīng)變下1000次循環(huán)）等優(yōu)異性能。同時，增強的彈性激發(fā)了 SiC/CF-GA 氣凝膠的有效應(yīng)變傳感能力，其靈敏度高達13.8 kPa
-1。由于加入了碳化硅顆粒，氣凝膠的介電性能可調(diào)，因此具有寬帶（8.0 GHz）有效電磁波衰減性能。此外，還可以通過 BSFC 策略在石墨烯氣凝膠中加入不同的顆粒，從而實現(xiàn)可定制的設(shè)計。此外，改性氣凝膠還具有多功能性，包括吸音、隔熱、防火和防水，進一步豐富了其實用性。因此，BSFC 策略為制造改性石墨烯氣凝膠的先進功能應(yīng)用提供了定制解決方案。相關(guān)研究成果以“Customizable Resilient Multifunctional Graphene Aerogels via Blend-spinning assisted Freeze Casting”為題發(fā)表于《ACS Nano》。
圖1. (a) 混合-紡絲輔助冷凍鑄造 (BSFC) 策略示意圖。(b) TEM 圖像顯示嵌入纖維并被皺褶石墨烯片包裹的碳化硅顆粒。(c) 由交錯的 SiC/CF 加固的改性石墨烯片的微觀結(jié)構(gòu)。(d) GA 和 SiC/CF-GA 1:1 氣凝膠的 XRD 圖。
展開 
聚酰亞胺纖維/石墨烯氣凝膠：原位縮合節(jié)點“焊接”，超彈形變力熱可調(diào)
來源 | Advanced Fiber Materials
原文 | https://doi.org/10.1007/s42765-023-00268-6
01
背景介紹
石墨烯氣凝膠具有規(guī)則的多孔結(jié)構(gòu)、室溫下的高載流子遷移率和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，在柔性觸覺傳感領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，由于石墨烯片層在反復(fù)壓縮下容易發(fā)生滑動，石墨烯氣凝膠的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差；并且現(xiàn)有的壓縮應(yīng)變傳感器在應(yīng)力作用下的傳熱性能變化尚不清楚，難以用于檢測真實溫度，使觸覺傳感技術(shù)的進一步發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn)。
02
成果掠影
近期，天津大學(xué)封偉教授課題組采用水熱還原和原位焊接的實驗方法，成功制備了一種超彈性聚酰亞胺纖維/石墨烯氣凝膠（PINF/GA），系統(tǒng)性地研究了該復(fù)合氣凝膠的微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能，并通過簡便的方法將其應(yīng)用于柔性觸覺傳感陣列，測試了其對未知物體形貌和溫度同時感知的能力。該復(fù)合氣凝膠具有獨特的拱橋形結(jié)構(gòu)，寬溫度高彈性和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，其熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率具有較高的應(yīng)力敏感性，導(dǎo)熱系數(shù)變化比可達9.81。此外，基于溫度數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建的柔性觸覺傳感陣列，可以同時檢測未知物體的形狀、高度分布和溫度分布。該研究成果解決了三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)動態(tài)熱調(diào)節(jié)能力差和彈性差的問題，對具有寬工作溫度范圍的柔性觸覺傳感器的設(shè)計產(chǎn)生了深遠的影響。研究結(jié)果表明，PINF/GA在柔性觸覺傳感、智能人機交互技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
展開 微立體光刻3D打印石墨烯氣凝膠，分辨率高達10微米可以站在花蕊上
三年前，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）和弗吉尼亞理工大學(xué)的科學(xué)家和工程師開始專注于使用光固化技術(shù)3D打印石墨烯氣凝膠，這種方法稱為微立體光刻投影技術(shù)。
在投影微立體光刻中，紫外光用于將部分層的圖像投影到光敏液體樹脂中，光敏液體樹脂被固化并硬化成圖像的形狀。使用這種方法，研究人員能夠提高3D石墨烯氣凝膠的分辨率，可以達到大約10微米。
為了創(chuàng)造這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，研究人員開始使用氧化石墨烯（石墨烯的前體），使片材交聯(lián)形成多孔水凝膠。通過超聲波破碎氧化石墨烯水凝膠并添加光敏丙烯酸酯聚合物，研究人員可以使用投影微立體光刻技術(shù)來創(chuàng)建所需的固體3D結(jié)構(gòu)，其中石墨烯氧化物被捕獲在長而剛性的丙烯酸酯聚合物鏈中。最后，他們將3D結(jié)構(gòu)放置在爐子中以燒掉聚合物并將物體融合在一起，留下純凈輕質(zhì)的石墨烯氣凝膠。
該項目的主要挑戰(zhàn)之一是提出與微立體光刻工藝兼容的石墨烯氣凝膠樹脂。 Ryan Hensleigh，LLNL的暑期實習(xí)生，正在攻讀博士學(xué)位。在弗吉尼亞理工大學(xué)的大分子科學(xué)與工程專業(yè)，他表示，在找到合適的組合之前，他在兩年內(nèi)研究了許多化學(xué)混合物。
“與已經(jīng)完成的相比，這是一項重大破，”Hensleigh說道。 “我們可以獲得您想要的任何所需結(jié)構(gòu)。”從石墨烯氣凝膠打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力也為許多應(yīng)用打開了大門，這些應(yīng)用可以受益于計算機驅(qū)動的優(yōu)化設(shè)計，如航空航天，反應(yīng)堆，海水淡化廠和化學(xué)處理。
“我們已經(jīng)能夠證明你可以制作一個復(fù)雜的3D石墨烯結(jié)構(gòu)，同時仍保留其內(nèi)在的主要特性，”鄭說。 “通常當你嘗試3D打印石墨烯或放大尺寸時，你會失去其機械性能。”
科學(xué)家和工程師現(xiàn)在正在尋求增加3D打印部件的表面積，并將進一步研究以確定精確的參數(shù)以進一步優(yōu)化該技術(shù)。
展開 高質(zhì)量各向異性石墨烯氣凝膠及其導(dǎo)熱相變復(fù)合材料，用于高效太陽能-熱-電能轉(zhuǎn)換
近日，北京化工大學(xué)李曉鋒教授、于中振教授團隊通過在 2800 °C 下進行單向冷凍、凍干、碳化和石墨化，首次設(shè)計出了由預(yù)氧化聚丙烯腈（OPAN）/氧化石墨烯（GO）成分制成的高質(zhì)量各向異性石墨烯氣凝膠。GO成分能有效地誘導(dǎo)OPAN成分的取向和石墨化，并在石墨化過程中將其轉(zhuǎn)化為石墨碳。在用石蠟進行真空輔助浸漬后，得到了一種最佳的導(dǎo)熱相變復(fù)合材料（PCC），在石墨烯含量為1.07 Vol%的低水平下，其通面導(dǎo)熱系數(shù)提高到了4.36Wm
-1K
-1，形狀穩(wěn)定性得到改善，潛熱保持率高達99.7%。得益于出色的光吸收和太陽-熱轉(zhuǎn)換能力，PCC在太陽-熱-電能量轉(zhuǎn)換應(yīng)用中非常高效，在5kWm
-2 的模擬太陽光照射下，輸出電壓高達1181mV。通過釋放存儲在PCC中的熱能，即使在太陽光停止照射后，它也可以繼續(xù)為LED燈供電。這項工作為制造具有高潛熱保持率的導(dǎo)熱PCC提供了一種可行而有效的方法，用于高效的太陽能-熱能-電能轉(zhuǎn)換。相關(guān)研究成果以“High-Quality Anisotropic Graphene Aerogels and Their Thermally Conductive Phase Change Composites for Efficient Solar–Thermal–Electrical Energy Conversion”為題發(fā)表于《ACS Sustainable Chem. Eng.》。
圖1.（a） PG氣凝膠及其石蠟相變復(fù)合材料的制造示意圖。（b,c）PG4的側(cè)視圖和（d，e）俯視圖SEM圖像。（f） PG4的數(shù)碼照片。
圖 2. (a) 在 OPAN/GO 懸浮液中以不同的初始 GO 比率制備的 PG 氣凝膠的表觀密度。插圖顯示了不同 PG 氣凝膠的尺寸。
展開 北化李曉鋒/于中振《AFM》超靈敏壓力/彎曲傳感器雙向冷凍軟而彈性層狀石墨烯氣凝膠的合理設(shè)計
摘要
為了通過減弱抗壓強度同時保持彈性來提高石墨烯氣凝膠基壓阻傳感器的靈敏度，
北京化工大學(xué)
李曉鋒副教授
/
于中振教授
團隊
通過雙向冷凍氧化石墨烯的水懸浮液，制備具有高彈性和令人滿意的電導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的輕質(zhì)層狀石墨烯氣凝膠（LGA）。少量有機溶劑的存在，然后進行凍干和熱退火。
由于 LGA 的層狀結(jié)構(gòu)，其沿垂直于層狀表面的方向的壓縮強度遠低于具有相似表觀密度的各向同性和單向排列的石墨烯氣凝膠的壓縮強度，從而導(dǎo)致基于 LGA 的超靈敏壓阻傳感器具有高-3.69 kPa
-1
的靈敏度和 0.15 Pa 的低檢測限。
基于 LGA 的壓阻傳感器的超高靈敏度和低檢測限有助于檢測室溫和液氮中的細微壓力，并具有檢測動態(tài)力頻率和聲音的能力振動。此外，由于石墨烯薄片之間的連接點較少，LGAs 切片可以集成為一個寬范圍且靈敏的彎曲傳感器，可以檢測從 0°到 180°的任意彎曲角度，檢測限低至 0.29°，并且有效檢測手腕脈搏和手指彎曲的生物信號。相關(guān)論文以題為
Rational Design of Soft Yet Elastic Lamellar Graphene Aerogels via Bidirectional Freezing for Ultrasensitive Pressure and Bending Sensors
發(fā)表在《
A
dvanced Functional Materials
》上。
圖解
通過定向冷凍和凍干形成 LGA
圖1
通過在水、乙醇或 THF 存在下雙向冷凍 GO 懸浮液，然后冷凍干燥和熱退火來制造 LGA 的示意圖。
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