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一种通用气泡模板衍生法制备石墨烯多孔材料

石墨烯多孔材料可兼具石墨烯优良的本征性质和多孔材料特殊的结构特性,具有密度低、孔隙率高、比表面积大、亲油疏水、电导率高等性能,在吸附、阻尼减震、隔音阻热、超级电容和应变传感等领域具有潜在应用。通过溶液自组装方法制备的多孔材料通常由杂乱排列的石墨烯层片组成,与层片规则排列的结构相比,限制了结构的有效控制和性能调控。模板衍生法可诱导层片的规则组装,然而,硬模板的去除需要用到有毒溶剂,且耗时较长。目前的研究中所用的软模板法多为有机溶剂,有毒且稳定乳液体系的构建较难。因此,开发一种新的软模板界面自组装方法具有重要的研究价值。另外,不同维度的石墨烯多孔材料聚焦于不同的应用领域。目前,尚缺乏一种通用的方法调控多维度石墨烯多孔材料的微观结构。

一种通用气泡模板衍生法制备石墨烯多孔材料

最近,清华大学材料学院朱宏伟教授团队和中国航发北京航空材料研究院何利民研究员合作在Advanced Functional Materials上发表文章,提出了一种在气-液界面组装制备石墨烯多孔材料的通用方法,该文也入选了该期的内封底。利用表面活性剂泡沫团聚体为模板,控制氧化石墨烯和气泡混合液的稳定,冷冻干燥进行结构固定,后续高温处理可同时还原氧化石墨烯和去除表面活性剂,得到三维石墨烯海绵。另外,将泡沫团聚体与刮涂制膜相结合,可制备大面积独立自支撑的二维石墨烯多孔膜。多孔材料的结构由直径为200~500 mm的有序球形大孔和孔间杂乱排列的小孔组成,可通过多渠道对结构进行有效调控。石墨烯海绵具有亲油疏水的特性,对所探测的油类及有机溶剂的吸附能力处于较高水平,在污水处理、水油分离等方面具有应用潜力。将三维和二维的石墨烯多孔材料和弹性聚合物进行复合,可分别作为压缩应变传感器和拉伸应变传感器的敏感材料,集成于可穿戴设备,用于人体运动探测。该气泡衍生模板法有望拓展应用于其他纳米材料宏观功能体的自组装。

论文的第一作者为中国航发北京航空材料研究院的张儒静博士(清华大学2017届博士毕业生),相关文章在线发表在Advanced Functional MaterialsDOI: 10.1002/adfm.201705879)上。

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