东华大学Carbon：多功能高强度石墨烯气凝胶

【引言】

石墨烯气凝胶是一种三维石墨烯衍生材料，具有低密度、高孔隙率、良好的机械强度和导电性等优点，在催化剂载体、能量储存、环境清洁以及压力传感等领域具有巨大应用潜能。作为电阻型压力传感材料，目前的石墨烯气凝胶强度低，抗压强度通常为20 kPa左右，难以满足运动监测、高压强下的环境清洁等需求。此外，石墨烯气凝胶通常通过高温高压（水热法）方法制得。开发一种常温常压大规模制备高强度石墨烯气凝胶具有重要的实用意义。

【成果简介】

东华大学王宏志教授领衔的AFMG课题组利用高浓度氧化石墨分散液通过简易的化学方法并辅以两步冷冻干燥制备出具有高强度的石墨烯气凝胶（chemically converted graphene aerogels, CCGA），两步冷冻干燥辅助制备CCGA避免了高温高压合成，制备的CCGA抗压强度达到106.1 kPa，电导率为43.5 S·m^-1，并且具有耐压、耐火焰等优点。（Carbon, 2017, DOI:10.1016/j.carbon.2017.09.072）文章的第一作者刘宇飞同学于2015年考取东华大学材料学院研究生，目前在先进功能材料课题组硕士培养。

【图文导读】

图1  CCGA制备流程图

CCGA作为压力传感器，其能承受并传感成年人的体重（70kg），将其组装在鞋垫中，可以用于记录运动时不同姿态对应的电阻值进而判断出人体运动的实时状态，在运动监测领域具有较高的应用价值。

图2 CCGA的应变传感演示图（标尺：4cm ）

同时，CCGA具有非常好的导电、导热与吸附能力，将三者与焦耳热结合，可实现低电压下对油的快速吸附。当对CCGA施加5V的低电压时，其温度可在5s内迅速升至150℃，吸油率从60.61%增加到73.68%，并且吸附时间大幅度减少。这种多功能的结合大大提高了石墨烯气凝胶在环境清洁等领域的应用效率。

图3 CCGA通电吸附示意图

视频1：一个简单的CCGA压缩/释放与电池和灯的应用电路；

视频2：通过CCGA电阻变化来监测人体的运动；

视频3：CCGA对油的吸附；

视频4：燃烧吸收正庚烷后的CCGA；

视频5和6：在0V和5V电压下对比吸附定量的油。

文献链接：Versatile mechanically strong and highly conductive chemically converted graphene aerogel（Carbon,2017,DOI:10.1016/j.carbon.2017.09.072）

本文由东华大学刘宇飞同学投稿，材料人新能源组Allen整理编辑。

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