成果简介
石墨烯气凝胶（GA）的微观结构在决定其性能方面起着至关重要的作用。然而，在简化和加强对石墨烯气凝胶微观结构的控制方面仍然存在挑战。本文，北京科技大学牛康民 教授团队在《Carbon》期刊发表名为”Control of microstructure to prepare compressible graphene aerogel via ice template”的论文，研究引入了一种新型双向冷冻铸造方法，可以制备出具有三种不同微观结构的石墨烯气凝胶。值得注意的是，具有同心环结构的GA在轴向和径向方向上都表现出优异的可压缩性和抗疲劳性，能够分别在90%应变和70%应变条件下经受5000次压缩-恢复循环。原位扫描电子显微镜表征深入揭示了压缩过程中的能量耗散机制。具有径向微观结构的天花板具有令人印象深刻的吸收能力，吸收率165.82至369.47g/g不等。此外，在轴向和径向压缩条件下，具有同心环微观结构的GA的电阻随应变发生非线性变化。这些GA在环境修复和柔性电子产品方面具有巨大的应用潜力。
图文导读
方案1.石墨烯气凝胶的制备过程。
图1.不同热液时间GA的横截面SEM图像及其相应的放大图。
图2.传统单向冷冻（a）和辐射微观结构形成过程（b）示意图。
图3. 冰的晶体结构和晶体生长动力学的各向异性（a），导致形成片状冰晶。同心环微观结构的形成过程示意图 (b)。
图4.过渡微观结构形成过程的示意图。
图5、三种不同GA（GA20、GA30和GA40）的轴向和径向力学性能。
图6、GA的径向压缩性能
图7.GA20、GA30 和 GA40 的吸收能力
图8. GA40 在 10%-90%（轴向）应变下循环 5 次后的电阻变化率（ΔR/R0）（a）；在 90%应变下测试 100 次后的电阻变化率（b）；LED 亮度值在 10%-90%轴向压缩过程中的变化，插图显示了 GA40 和 LED 在 10%和 90%轴向压缩过程中的照片（c）。GA40 在 10%-70%（径向）应变下进行 5 次循环后的电阻变化率（ΔR/R0）（d）；在 70%应变下进行 100 次循环测试（e）；LED 亮度值在 10%-70%径向压缩过程中的变化，插图显示 GA40 和 LED 在 10%和 70%径向压缩过程中的照片（f）。
小结
综上所述，本文开发了一种新方法，通过控制适当的水热处理时间来实现对石墨烯气凝胶微观结构的精确控制，而无需楔形模具。通过改变水热处理时间，我们能够制造出三种不同微观结构的石墨烯气凝胶，并观察了由此产生的变化模式。此外，我们还发现过度的水热处理会降低冰晶调节气凝胶微结构的效果。我们的气凝胶具有出色的可压缩性和吸附性能。值得注意的是，我们的研究独特地证明了气凝胶的阻力稳定性，这与其他气凝胶在压缩条件下阻力呈线性下降的典型现象截然不同。在我们的工作中制备的 GA40 在 90% 的压缩率下阻力只下降了 25%，这展示了它们的耐久性和潜在的实际应用。
文献:https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119269
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