在眾多石墨烯宏觀體結(jié)構(gòu)中，石墨烯氣凝膠（Graphene Aerogel）是最引人注目的材料之一。而回彈性石墨烯氣凝膠，由于具有低密度、大孔隙率、優(yōu)異的力學(xué)性能和高導(dǎo)電率，被廣泛應(yīng)用于輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、儲(chǔ)能材料、柔性導(dǎo)電材料、傳感器和阻尼材料等領(lǐng)域。目前材料科學(xué)家開發(fā)出模板法、溶膠凝膠法等制備高回彈石墨烯氣凝膠。但目前的制備方法無法對(duì)石墨烯氣凝膠的外形進(jìn)行設(shè)計(jì)，石墨烯氣凝膠外形一般依賴于容器的形狀。
最近，青島大學(xué)劉敬權(quán)教授、青年教師李晨蔚與中科院化學(xué)所劉琛陽研究員、澳大利亞迪肯大學(xué)楊文榮教授等人合作，以商品三聚氰胺泡沫為可犧牲模板，利用氧化石墨烯在模板中組裝成石墨烯網(wǎng)絡(luò)時(shí)保留了模板的外形，再通過氫碘酸刻蝕掉模板，制備出具有復(fù)雜形狀的超回彈石墨烯氣凝膠。
圖1以三聚氰胺泡沫作為模板，制備超回彈石墨烯氣凝膠的過程示意圖（a）；各種形狀的石墨烯氣凝膠（b-f）和三維組合結(jié)構(gòu)的石墨烯氣凝膠（g）。
該氣凝膠具有超回彈性，在95%形變率下呈現(xiàn)出0.556 MPa的高壓縮強(qiáng)度。該氣凝膠具有優(yōu)異的耐久性，在90%的形變率下，可以承受上百次的壓縮-回復(fù)測試。并且樣品在高溫（400℃）和低溫（-100℃）下均保持其超回彈特性。
圖2石墨烯氣凝膠的力學(xué)性能表征
該石墨烯氣凝膠呈現(xiàn)超疏水性，對(duì)于各種有機(jī)溶劑，呈現(xiàn)出較高的吸附效率（176-513 g g-1）。得益于樣品的超回彈性、高力學(xué)性能和優(yōu)異的耐熱性，可以通過擠壓或燃燒的方式回收或除去所吸附的溶劑，使其可以重復(fù)吸附溶劑。
圖3石墨烯氣凝膠的吸附溶劑測試（a-d）；吸附-擠出（e，g）和吸附-燃燒（f，h）循環(huán)測試。
由于石墨烯氣凝膠的高導(dǎo)電率和優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在壓縮、彎曲等變形中樣品表現(xiàn)出穩(wěn)定和靈敏的電響應(yīng)，可以組裝成壓力/應(yīng)變傳感器。并且可以制成柔性可穿戴期間，直接貼于人體表面，用于檢測人體腕部，手指和脈搏的運(yùn)動(dòng)信息。
圖4圓柱狀石墨烯氣凝膠組裝成壓力/應(yīng)變傳感器示意圖（a）；圓柱狀石墨烯氣凝膠的壓縮循環(huán)測試（b-d）；石墨烯氣凝膠薄膜的彎曲循環(huán)測試（e）；氣凝膠組裝成柔性可穿戴器件用來檢測人體運(yùn)動(dòng)：手腕彎曲（f）、手指彎曲（g）、和脈搏跳動(dòng)（h）。
這種制備簡單、性能優(yōu)異、易于形狀設(shè)計(jì)的石墨烯氣凝膠對(duì)于該類材料的工業(yè)化和應(yīng)用拓展具有重要意義。
相關(guān)研究結(jié)果以Superelastic and Arbitrary-Shaped Graphene Aerogels with Sacrifcial Skeleton of Melamine Foam for Varied Applications為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上。
