中國粉體網(wǎng)訊 石墨烯非常優(yōu)異的物理化學性質(zhì)已經(jīng)引起各領域科學家的廣泛關注，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，仍然是一個急需解決的問題。石墨烯的物理特性導致其無法進行熔融加工，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用技術交流會”上，浙江大學教授高超將會帶您深入了解《石墨烯宏觀組裝材料》。
高超，浙江大學教授，1995年及1998年分別獲湖南大學學士和碩士學位，2001年畢業(yè)于上海交通大學高分子科學與工程系，獲得工學博士學位，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（University of Sussex）、日本東洋大學（Toyo University）、德國的拜羅伊特大學（University of Bayreut）做訪問研究、博士后研究、合作研究和洪堡學者研究。2008年3月加入浙江大學高分子系，現(xiàn)為浙江大學浙江大學高分子科學與工程學系教授、博士生導師。 2013年獲國家杰出青年科學基金資助。
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年中國化學領域高引用率文章第1名，另一篇文章他引200多次，居2004－2008年中國化學領域高引用率文章第7名，獲得授權的國家發(fā)明專利20多項。
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，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行裂解并將裂解的甲烷沉積在多孔鎳上面，最終用強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)，適合在實驗室中作為研究。
2、溶膠-凝膠法
這種方法是目前應用最廣泛的方法，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?shù)娜軇┲�，通過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，導致凝膠多孔結(jié)構坍塌，得到的氣凝膠失去了應用價值。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、微波干燥等先進的干燥技術，已經(jīng)基本上取代了常規(guī)的干燥的方法，實現(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。冷凍干燥技術的原理是在真空環(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，可以實現(xiàn)樣品在冷凍、干燥過程中均勻受熱，從而在干燥的同時保持了水凝膠的體積以及納米孔隙結(jié)構。
2、超臨界干燥。超臨界干燥，它利用超臨界溶劑溫和、快速的實現(xiàn)凝膠中溶劑的替換。原理在于：替換溶劑在達到自身的臨界點時，氣液界面消失，毛細作用消失，從凝膠中排出流體時就不會引起凝膠的體積收縮和結(jié)構的破壞，從而得到納米網(wǎng)絡結(jié)構完整的凝膠材料。
3、其它干燥方法。凝膠干燥方法的改進都致力于多孔納米結(jié)構的保持，例如微波干燥、恒沸蒸溜干燥、遠紅外干燥法等。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域才有較大的應用價值。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，很難實現(xiàn)廣泛應用。所以，不論是工業(yè)化生產(chǎn)還是一般的實驗室研究，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。
