本文要點：
一種新穎的方法製備超低密度，高彈性，出色的機械和導電三維石墨烯蜂窩材料
成果簡介
由化學衍生的氧化石墨烯製成的傳統三維石墨烯蜂窩材料（GCM）的機械強度低，塑性變形嚴重且導電性差。本文，中國科學院上海矽酸鹽研究所畢輝研究員、黃富強研究員（點擊藍色字體有導師詳細介紹）與上海大學材料科學與工程學院萬冬雲教授合作在《CHEMNANOMAT》期刊發表名為「Ultralight, Highly Compressible Graphene Cellular Materials with Enhanced Mechanical and Electrical Performance」的論文，研究通過乙醇酸交聯劑產生的廣泛氫鍵使石墨烯納米片自組裝，製備超輕，超彈性，優異的機械和導電GCM。
同時，乙醇水溶液被用來顯著限制冷凍過程中轉化為冰晶的水的體積膨脹。最終，GCM表現出約4.3 mg cm -3的超低密度，並且可以大規模製造（體積約350 cm 3）。90％在4.3mg cm -3至25.3mg cm -3的整個密度的範圍內GCM具有約90％的最大可逆應變。楊氏模量（）是從13.7kPa（ρ = 4.3mg cm-3）至125.1kPa（ρ = 25.3mg cm-3），標度為ρ 2.1，且指數n低於大氣環流模型先前報告。GCM還具有約98.1 S / m的高電導率（ρ = 25.3 mg cm -3）。此工作為製造超輕，高度可壓縮和導電的GCM提供了一種簡便的方法，為今後在儲能和轉化，環境吸附劑等方面的潛在應用鋪平了道路。
圖文導讀
圖1、（a）GCM製造程序的示意圖。（b）GO和乙醇酸在GCM製備中的反應機理。
圖2、（a）櫻花上8cm3得GCM塊。
（b）支撐100 g配重的GCM（ρ= 25.3 mg cm -3）沒有明顯的形狀變形。
（c）體積放大GCM約為350 cm 3。
（d，e）GCM內部交聯結構的場發射掃描電子顯微鏡（FESEM）圖像。
（f，g）GCM組裝的石墨烯納米片的高解析度透射電子顯微鏡（HRTEM）圖像。
圖3、（a）XRD，（b）拉曼，（c）傅立葉變換紅外（FTIR）光譜和（d）GO，GA，GCM-1，GCM-3和GCM-5得X射線光發射光譜（XPS）光譜
圖4、（a）不同乙醇濃度的乙醇水溶液的凝固點。（b）乙醇-水溶液冷凍乾燥後，GCM與已形成的水凝膠的相對高度。（c）去離子水冷凍乾燥過程的數字圖像。（d）20％（重量）乙醇水溶液冷凍乾燥過程的數字圖像。
圖5、（a，b）分別是GA和GCM壓縮過程的照片。
（c，d）應變增加到GCM壓縮90％的可逆σ- 迴路，其密度分別為4.3 mg cm -3和25.3 mg cm -3。
（e）不同密度的GCM在50％應變下的應力-應變曲線。
（F）可逆σ- ε環路的500次循環後GCM（ρ = 14.5mg cm-3）。
（g）在500次循環後的最大應變為90％時，GCM的恢復高度（ρ＝ 6.1mg cm -3）。
（h）楊氏模量E與密度ρ對於GCM（紅色），石墨烯彈性體（藍色），石墨烯海綿（橙色），石墨烯氣凝膠（紫色）。
圖6、（a）ΔR/ R 0與壓縮應變之間的關係。
（b）GCM 的標準化電導率（σ（T）/ σ（300 K））的溫度依賴性。
（c）朝向10 K時，對磁場B的磁阻（R（B）/ R 0）增加。
（d）GCM（紅色），石墨烯彈性體（黑色），石墨烯海綿（橙色）的電導率和石墨烯氣凝膠（橄欖色）。
小結
總之，一種簡單的自組裝方法來製造超輕，高度可壓縮，高度機械和導電的GCM。GCM的優異特性很大程度上歸因於乙醇酸自縮合產生的廣泛氫鍵與石墨烯納米片之間的強交聯，以及乙醇水溶液冷凍乾燥以防止石墨烯水凝膠的體積膨脹不受結構破壞。此工作為開發創新和可行的GCM自組裝方法以及進一步應用於儲能和轉化，環境修復吸附劑等鋪平道路。
文獻：