同济大学祖国庆博士：拥有“三头六臂”的新型超弹性石墨烯气凝胶

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作为一种新型纳米多孔材料，石墨烯气凝胶具有许多优异的性能，比如：极低的密度、极高的孔隙率、良好的导电性和可压缩性等。它们在能源存储、催化、吸附、压力/应变传感、隔热、电磁屏蔽等领域具有良好的应用前景。然而，传统的石墨烯气凝胶在制备过程中收缩较大，并且弹性、疏水性和功能性有限，不能满足实际应用的需求。

针对石墨烯气凝胶存在的上述问题，同济大学青年教师祖国庆通过引入胺基硅烷作为交联剂和还原剂，合成了超弹性多功能的石墨烯气凝胶。经过C-N偶联和水解缩聚反应，胺基硅烷可以同时实现对氧化石墨烯的交联和还原。通过对比不同的胺基硅烷，发现采用胺丙基甲基二乙氧基硅烷制备得到的石墨烯气凝胶性能最佳。

图1. 以胺基硅烷为交联剂和还原剂，合成超弹性石墨烯气凝胶。

一个胺丙基甲基二乙氧基硅烷分子扮演了三个角色（“三头”）：交联剂、还原剂和疏水改性剂。获得的石墨烯气凝胶具有六个优异的性能（“六臂”）：高比表面积、超疏水和超低密度、超弹性、高效隔热、高效的三组分分离、柔性电子皮肤应变/压力传感。其收缩小，比表面积可达472 m²/g，与水的接触角可达160°，密度低至1-5 mg/cm^-3，经受99%的压缩能够完全反弹，热导率低至0.019 W·m^-1K^-1，可以实现三组分的油/染料/水的高效分离。并且，基于该气凝胶的柔性传感阵列具有高的灵敏度和优异的耐潮湿性能，能够探测宽的应变范围“0-80%”以及10 Pa至10 kPa的压力范围。该工作为柔性多功能多孔材料的设计与合成提供了新的思路。

图2. 拥有“三头六臂”的新型石墨烯气凝胶。

论文链接：

Guoqing Zu, et al. Superelastic Multifunctional Aminosilane-Crosslinked Graphene Aerogels for High Thermal Insulation, Three-Component Separation, and Strain/Pressure-Sensing Arrays.

https://doi.org/10.1021/acsami.9b16746

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