東華大學Carbon：多功能高強度石墨烯氣凝膠

【引言】

石墨烯氣凝膠是一種三維石墨烯衍生材料，具有低密度、高孔隙率、良好的機械強度和導電性等優點，在催化劑載體、能量儲存、環境清潔以及壓力傳感等領域具有巨大應用潛能。作為電阻型壓力傳感材料，目前的石墨烯氣凝膠強度低，抗壓強度通常為20 kPa左右，難以滿足運動監測、高壓強下的環境清潔等需求。此外，石墨烯氣凝膠通常通過高溫高壓（水熱法）方法制得。開發一種常溫常壓大規模制備高強度石墨烯氣凝膠具有重要的實用意義。

【成果簡介】

東華大學王宏志教授領銜的AFMG課題組利用高濃度氧化石墨分散液通過簡易的化學方法并輔以兩步冷凍干燥制備出具有高強度的石墨烯氣凝膠（chemically converted graphene aerogels, CCGA），兩步冷凍干燥輔助制備CCGA避免了高溫高壓合成，制備的CCGA抗壓強度達到106.1 kPa，電導率為43.5 S·m^-1，并且具有耐壓、耐火焰等優點。（Carbon, 2017, DOI:10.1016/j.carbon.2017.09.072）文章的第一作者劉宇飛同學于2015年考取東華大學材料學院研究生，目前在先進功能材料課題組碩士培養。

【圖文導讀】

圖1 ?CCGA制備流程圖

CCGA作為壓力傳感器，其能承受并傳感成年人的體重（70kg），將其組裝在鞋墊中，可以用于記錄運動時不同姿態對應的電阻值進而判斷出人體運動的實時狀態，在運動監測領域具有較高的應用價值。

圖2 CCGA的應變傳感演示圖（標尺：4cm ）

同時，CCGA具有非常好的導電、導熱與吸附能力，將三者與焦耳熱結合，可實現低電壓下對油的快速吸附。當對CCGA施加5V的低電壓時，其溫度可在5s內迅速升至150℃，吸油率從60.61%增加到73.68%，并且吸附時間大幅度減少。這種多功能的結合大大提高了石墨烯氣凝膠在環境清潔等領域的應用效率。

圖3 CCGA通電吸附示意圖

視頻1：一個簡單的CCGA壓縮/釋放與電池和燈的應用電路；

視頻2：通過CCGA電阻變化來監測人體的運動；

視頻3：CCGA對油的吸附；

視頻4：燃燒吸收正庚烷后的CCGA；

視頻5和6：在0V和5V電壓下對比吸附定量的油。

文獻鏈接：Versatile mechanically strong and highly conductive chemically converted graphene aerogel（Carbon,2017,DOI:10.1016/j.carbon.2017.09.072）

本文由東華大學劉宇飛同學投稿，材料人新能源組Allen整理編輯。

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