中國粉體網(wǎng)訊 石墨烯非常優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)已經(jīng)引起各領(lǐng)域科學(xué)家的廣泛關(guān)注，然而如何將石墨烯的性能轉(zhuǎn)化到宏觀材料上并為人所用，仍然是一個(gè)急需解決的問題。石墨烯的物理特性導(dǎo)致其無法進(jìn)行熔融加工，只能采用溶液加工的方式將微觀的石墨烯片轉(zhuǎn)化成石墨烯宏觀材料。想要獲取更多關(guān)于石墨烯宏觀組裝材料的前沿知識？蘇州“2018低維碳納米材料制備及應(yīng)用技術(shù)交流會”上，浙江大學(xué)教授高超將會帶您深入了解《石墨烯宏觀組裝材料》。
高超，浙江大學(xué)教授，1995年及1998年分別獲湖南大學(xué)學(xué)士和碩士學(xué)位，2001年畢業(yè)于上海交通大學(xué)高分子科學(xué)與工程系，獲得工學(xué)博士學(xué)位，并留校任教，2002年8月被評為副教授。2003年11月至2006年8月先后在英國薩塞克斯大學(xué)（University of Sussex）、日本東洋大學(xué)（Toyo University）、德國的拜羅伊特大學(xué)（University of Bayreut）做訪問研究、博士后研究、合作研究和洪堡學(xué)者研究。2008年3月加入浙江大學(xué)高分子系，現(xiàn)為浙江大學(xué)浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系教授、博士生導(dǎo)師。 2013年獲國家杰出青年科學(xué)基金資助。
在包括J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Prog. Polym. Sci., Adv. Func. Mater., Chem. Commun., Macromolecules, Biomacromolecules, J. Phys. Chem. B, Langmuir, J. Mater. Chem., Nanotechnology等在內(nèi)的國際知名雜志上發(fā)表SCI收錄文章60多篇，被他引1300余次，其中一篇的他引率超過350次，居1998-2007全國高引用率文章62篇中的17位，2004－2008年中國化學(xué)領(lǐng)域高引用率文章第1名，另一篇文章他引200多次，居2004－2008年中國化學(xué)領(lǐng)域高引用率文章第7名，獲得授權(quán)的國家發(fā)明專利20多項(xiàng)。
石墨烯氣凝膠（aerogel）是一種三維固態(tài)輕質(zhì)材料，具有納米多孔的結(jié)構(gòu)，可用作探測器、催化劑以及催化劑載體材料、吸附劑、隔熱材料及高性能儲能設(shè)備的電極材料等。
石墨烯氣凝膠的制備方法
1、氣相沉積法（CVD 法）
在高溫的情況下使碳源裂解，最后將裂解成的碳沉積在金屬或者金屬氧化物的模板上，最后通過一定的方法刻蝕掉模板，及得到三維網(wǎng)狀的石墨烯氣凝膠。
一個(gè)170*220mm2的自由石墨烯氣凝膠圖片（a）及其SEM圖片（b）。
如圖是典型的 CVD 法制備的石墨烯氣凝膠，其以甲烷作為碳源在高溫下進(jìn)行裂解并將裂解的甲烷沉積在多孔鎳上面，最終用強(qiáng)酸將模板刻蝕除去即得到多孔的三維網(wǎng)狀的石墨烯氣凝膠。這種方法制備的石墨烯氣凝膠的導(dǎo)電率較高，明顯高于利用其它的方法制備的石墨烯氣凝膠的導(dǎo)電率。但是這種制備方法對基底，碳源及碳源生長的條件都有相對較高的要求。不適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，適合在實(shí)驗(yàn)室中作為研究。
2、溶膠-凝膠法
這種方法是目前應(yīng)用最廣泛的方法，并且適合大規(guī)模的生產(chǎn)如圖是典型的溶膠-凝膠法制備的石墨烯氣凝膠。
軟木形狀的密度為5.10mg•cm-3的石墨烯彈性體的形貌圖（a）以及上面（b）和側(cè)面（c）的SEM圖。
先將石墨烯氣凝膠的前驅(qū)體（石墨烯片層或者氧化石墨烯片層）分散在適當(dāng)?shù)娜軇┲校ㄟ^一定的方法使得分散液形成溶膠狀態(tài)，及形成含有溶劑的濕凝膠，最后將濕凝膠中的溶劑除去及得到了石墨烯氣凝膠。
石墨烯氣凝膠的干燥工藝
以溶膠-凝膠的法居多，通過制備水凝膠，然后干燥制備氣凝膠。但是常規(guī)的蒸發(fā)干燥，由于無法克服表面張力，導(dǎo)致凝膠多孔結(jié)構(gòu)坍塌，得到的氣凝膠失去了應(yīng)用價(jià)值。隨著石墨烯水凝膠干燥工藝的逐步完善，冷凍干燥、超臨界干燥、微波干燥等先進(jìn)的干燥技術(shù)，已經(jīng)基本上取代了常規(guī)的干燥的方法，實(shí)現(xiàn)了氣凝膠在體積以及重要的納米孔徑上的保持。
1、冷凍干燥技術(shù)。冷凍干燥技術(shù)的原理是在真空環(huán)境下，利用升華，除去樣品中水分的過程。冷凍干燥石墨烯水凝膠，可以實(shí)現(xiàn)樣品在冷凍、干燥過程中均勻受熱，從而在干燥的同時(shí)保持了水凝膠的體積以及納米孔隙結(jié)構(gòu)。
2、超臨界干燥。超臨界干燥，它利用超臨界溶劑溫和、快速的實(shí)現(xiàn)凝膠中溶劑的替換。原理在于：替換溶劑在達(dá)到自身的臨界點(diǎn)時(shí)，氣液界面消失，毛細(xì)作用消失，從凝膠中排出流體時(shí)就不會引起凝膠的體積收縮和結(jié)構(gòu)的破壞，從而得到納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整的凝膠材料。
3、其它干燥方法。凝膠干燥方法的改進(jìn)都致力于多孔納米結(jié)構(gòu)的保持，例如微波干燥、恒沸蒸溜干燥、遠(yuǎn)紅外干燥法等。但是，上述的幾種干燥方法都只能在一定程度上克服表面張力，而且不同的干燥方法只能在特定的領(lǐng)域才有較大的應(yīng)用價(jià)值。冷凍干燥和超臨界干燥對石墨烯氣凝膠性質(zhì)的保持上有著明顯的優(yōu)勢，但是由于苛刻條件以及成本因素的限制，很難實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。所以，不論是工業(yè)化生產(chǎn)還是一般的實(shí)驗(yàn)室研究，尋求一種低成本的石墨烯氣凝膠制備工藝有著很大的必要。
