石墨烯氣凝膠的可控制備及其彈性機理研究

《石墨烯氣凝膠的可控制備及其彈性機理研究》是依託浙江大學，由高微微擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：石墨烯氣凝膠的可控制備及其彈性機理研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：高微微
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

石墨烯氣凝膠是一類非常重要的石墨烯巨觀材料。它具有高導電性、高彈性、低密度等特點，在電極材料、感測器、光催化、納米複合材料等領域具有重要的套用前景。目前該領域還存在兩個重要的科學問題，即石墨烯氣凝膠的可控制備和相關彈性機理研究。本項目擬從單層氧化石墨烯的結構、分散液的聚集態以及石墨烯氣凝膠的巨觀多孔結構製備過程等三個不同層面對石墨烯氣凝膠的精細微結構和巨觀性能實現可控制備。從多尺度協同作用的角度對石墨烯氣凝膠的彈性機理進行系統深入研究。設計錐形等定製結構的石墨烯氣凝膠，利用掃描電鏡表征手段對單片或多片石墨烯的壓縮回彈行為進行原位觀測，為確定彈性機理提供直接的實驗證據。闡明結構-性能關係的規律，最終實現超高彈性、高耐疲勞性、超輕石墨烯氣凝膠的精細可控制備和對彈性機理的深入認識，探索石墨烯氣凝膠在電催化、電磁禁止、柔性電極方面的套用。

結題摘要

石墨烯氣凝膠具有低密度、高彈性、比表面積大等特點，在電極材料，感測，電磁禁止等領域具有廣泛的套用。本項目針對石墨烯氣凝膠的可控制備、彈性機理以及相關套用展開研究。從石墨烯化學出發，考察單層氧化石墨烯的性質、分散液及其組裝過程中的參數和後處理條件對石墨烯氣凝膠微結構的影響，建立可參數化的穩定可控制備體系。並進一步考察上述參數對石墨烯氣凝膠性能（如彈性）的調控，利用掃描電子顯微鏡手段跟蹤氣凝膠的壓縮回彈行為，進一步總結規律，弄清結構和性能之間的關係，確認彈性機理。最終探索超彈性石墨烯氣凝膠在力學、電學、電磁禁止、電極材料等領域的套用。具體來說，提出“濕法紡球”組裝法，實現了具有團體效應和多功能的超彈性石墨烯氣凝膠球的連續製備，多個球的組裝體表現出比擬於單個球的優異性能；利用石墨烯/碳納米管二元協同作用，進一步提高氣凝膠球的彈性，探索了其在應力感測器、吸附、電極材料等領域的套用；通過構築仿貝殼結構的石墨烯氣凝膠導電網路，獲得了具有高電磁禁止性能的石墨烯氣凝膠複合材料，在極低石墨烯含量下（~0.42 wt%），電磁禁止性能可達到65 dB；此外，對石墨烯氣凝膠的彈性機理進行了探索研究發現，石墨烯氣凝膠的力學性能與其組裝單元的固有性質緊密相關。項目執行期間，以第一作者/通訊作者身份，發表經費標註的SCI論文共7篇，包括Advanced Materials 1篇，ACS Nano 2篇，Carbon 3篇等。授權中國發明專利1項。