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北理工实现石墨烯气凝胶大规模制备

来源:日照哈工大?????发布日期:2019-01-09 15:12:06???作者:日照哈工大?????

? ? ? ? ? 石墨烯气凝胶是以氧化石墨烯为原料,经过特殊操作得到的石墨烯三维材料。三维石墨烯气凝胶具有优越的表面积、丰富的孔体积、超低的密度,在储能转换、高性能传感器、超轻型阻燃剂、超级电容器、催化剂载体、电磁干扰屏蔽、吸声、高效太阳热转换以及环境保护等方面有着广阔的研究前景和应用价值。石墨烯气凝胶内部发达的孔隙结构使得其具有优越的有机溶剂吸附能力,一般可达自身重量的数百倍。石墨烯气凝胶对有机溶剂的吸附主要是物理吸附,其孔道结构和挤压回弹性能会对吸附速率、吸附量、循环利用等方面产生影响。基于石墨烯气凝胶在诸多领域的广泛应用前景,越来越多的研究开始关注其制备方法。

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图:制造大尺寸和结构完整的GHBs的表面活性剂发泡工艺

石墨烯气凝胶的制备方法通常包括化学气相沉积、溶液冷冻干燥、溶胶-凝胶法、模板介导的溶液组装和3D打印等。在这其中溶胶-凝胶法和空气干燥法被认为是石墨烯气凝胶的低成本、大规模商业化生产的重要方法。化学还原或交联驱动的氧化石墨烯的凝胶化过程是其中的关键步骤。液晶相通常在GO水分散体中自发形成,当不存在特殊控制时,其宏观结严重无序,这将严重破坏大尺寸样品石墨烯水凝胶的均匀性和完整性,进一步阻碍了干燥后大块石墨烯气凝胶的成功制备。因此,建立适合工业应用的方法制备大尺寸、结构完整的石墨烯气凝胶仍然是一个重大挑战。

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图:GABs的微观形貌表征

近日,北京理工大学在曲良体教授课题组在ACS Nano上发表了一篇题为“Reconstruction of Inherent Graphene Oxide Liquid Crystals for Large-Scale Fabrication of Structure-Intact Graphene Aerogel Bulk toward Practical Applications”的文章。文章中研究人员开发了一种表面活性剂发泡溶胶-凝胶法,通过微泡模板有效地破坏和重建分散体系中的GO LCs,从而获得大尺寸、结构完整的石墨烯水凝胶块。经过简单冷冻和风干后,得到的石墨烯气凝胶块表现出结构完整的尺寸约为1m2,超弹性高达99%压缩应变,超低密度2.8 mg/?cm-3,具有快速的太阳能热转换能力,在空气中具有高热分解温度(Tmax=735℃)以及低储热能力。通过微泡作为模板有效重建GO LCs是获得大尺寸和结构完整的GHBsGABs的关键步骤。具有优异性能和大尺寸的最终GABs在实际应用中具有很大的潜力,如高压缩力吸收器(力= > 700 N),高吸收材料油或危险溶剂(容量= 260-570倍的重量),优异的太阳能集热管理材料和超轻型耐火材料。整个制备过程易于扩展,具有成本效益,适用于大规模生产。

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