成果简介
石墨烯的许多实际应用需要将多个石墨烯纳米片组装成宏观气凝胶。这些石墨烯气凝胶在经历大变形时能够保持其结构完整性是至关重要的。然而，在自然条件下制备大规模、可变形、抗疲劳的石墨烯气凝胶仍然是一个巨大的挑战。本文，河北工业大学邓齐波、胡宁教授等研究人员在《Compos Sci Technol》期刊发表名为“Naturally dried superelastic bioinspired graphene aerogel for pressure/stretch sensing and separation”的论文，研究提出证明了冷冻铸造技术和自然干燥的结合形成超弹性石墨烯气凝胶，从而克服了传统冻干工艺对特殊设备的要求。
模拟木材的结构，合成的石墨烯气凝胶在压缩循环后实现了快速恢复和较小的能量耗散，即使在90%的压缩应变下也是如此。特别是，由于其独特的仿生结构具有高能量吸收能力，这种石墨烯气凝胶可以在 70% 的压缩应变下循环超过 1000 次后保持结构完整性。此外，这种石墨烯气凝胶具有优异的机械性能，以及高导电性和疏水性，具有优异的压阻传感、拉伸释放环状rGO/硅胶复合传感和油水分离性能。自然干燥的超弹性石墨烯气凝胶的成功合成有望应用于柔性传感器和有机污染或石油泄漏的清理。
图文导读
图1。rGO气凝胶制备示意图。
图2。不同 rGO气凝胶制备过程的比较
图3。木质 rGO气凝胶的结构表征
图4。机械性能
图5。比较与模拟 (a) rGO气凝胶的压缩和回弹性图。(b) Ashby 图绘制了 rGO 气凝胶和其他通过冷冻铸造制备的石墨烯气凝胶的强度恢复率与退火温度的关系。(c) rGO气凝胶在大几何变形下的微观结构屈曲和应力分布，通过非线性有限元模型模拟。σ c表示压缩应力。
图6。应变/压力传感。
图7。吸收和分离
小结
总之，冷冻铸造是一种可行的技术来调整 rGO气凝胶的仿生结构，这里提出的自然干燥克服了冷冻干燥过程在高能耗、复杂的设备要求和难以扩大规模方面的局限性。同时结合两种方法的优点，可以制备出具有超弹性、高导电性和出色疏水性的类木rGO气凝胶。rGO 气凝胶的卓越性能可用于许多高级应用，包括机械缓冲、柔性传感器和有机溶剂净化或漏油。预计冷冻浇注和自然干燥可以与其他工艺（如 3D 打印）相结合，以促进具有高可压缩性和新功能应用的结构材料的进一步开发。
文献：https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109549
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