可定制形状的多功能层状结构石墨烯气凝胶

研究背景

具有层状结构的石墨烯气凝胶能够充分利用石墨烯面内的机械、电和热性能，使其具备优异超弹性和高效电磁屏蔽性能。然而，常规方法难以低成本快速制备大面积的层状结构气凝胶，同时也很难对气凝胶的宏观形状进行定制，这限制了其对某些复杂形状物件的多功能防护。团队最早使用离子扩散定向组装策略实现在任意基底上涂敷一定厚度的层状石墨烯膜，而通过这一策略制备层状结构石墨烯气凝胶未进行详细报道。

成果简介

浙江大学高微微副教授、高超教授团队通过离子扩散定向组装策略，实现了可定制宏观形状层状结构石墨烯气凝胶的可控制备，同时兼具优异超弹性（90%应变长循环后可完全回复）和电磁屏蔽性能（最高89.3 dB,比屏蔽效能达107,850 dB·cm²/g）。相关研究成果以“Multifunctional Layered Structure Graphene Aerogel with Customizable Shape by Ion Diffusion-directed Assembly”为题发表在《Carbon》期刊（https://doi.org/10.1016/j.carbon.2025.120265）。论文第一作者为浙江大学硕士生林泽和博士生沈宸玮。

工作亮点

首次采用离子扩散定向组装策略制备了层状结构石墨烯气凝胶，根据基底形状可制备各种复杂形状（各种平面图形、曲率为0的圆柱形和曲率大于0的球壳形）的气凝胶。调控离子浓度、GO分散液浓度和组装时间实现对组装厚度、层间距和密度的控制。层状结构赋予气凝胶超弹性（90%应变下10000次循环后可完全恢复）、应变响应电磁屏蔽和传感性能。层状结构的多层界面使电磁波形成多重内部反射，能够有效耗散能量，电磁屏蔽效能最高可达89.3 dB,比屏蔽效能达107,850 dB·cm²/g。值得注意的是，材料还能对一些复杂宏观形状的物体提供有效的电磁防护。本文的策略开创了可定制形状层状结构气凝胶制备的新方法，并可扩展至其他带电胶体体系，有望实现其在各个领域的实际工程应用。

主图概览

图1 通过离子扩散定向组装策略制备的层状结构气凝胶

图2 层状结构气凝胶的制备调控

图3 层状结构气凝胶的超弹性

图4 层状结构气凝胶的传感性能

图5 层状结构石墨烯气凝胶的电磁屏蔽性能

致  谢

该工作得到了国家自然科学基金委重大项目、浙江省杰青项目、山西浙大新材料与化工研究院项目经费、中央高校基本科研业务费专项资金等经费的支持