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同濟大學祖國慶博士:擁有“三頭六臂”的新型超彈性石墨烯氣凝膠
2019-11-14  來源:高分子科技
關鍵詞:石墨烯 氣凝膠

  作為一種新型納米多孔材料,石墨烯氣凝膠具有許多優異的性能,比如:極低的密度、極高的孔隙率、良好的導電性和可壓縮性等。它們在能源存儲、催化、吸附、壓力/應變傳感、隔熱、電磁屏蔽等領域具有良好的應用前景。然而,傳統的石墨烯氣凝膠在制備過程中收縮較大,并且彈性、疏水性和功能性有限,不能滿足實際應用的需求。

  針對石墨烯氣凝膠存在的上述問題,同濟大學青年教師祖國慶通過引入胺基硅烷作為交聯劑和還原劑,合成了超彈性多功能的石墨烯氣凝膠。經過C-N偶聯和水解縮聚反應,胺基硅烷可以同時實現對氧化石墨烯的交聯和還原。通過對比不同的胺基硅烷,發現采用胺丙基甲基二乙氧基硅烷制備得到的石墨烯氣凝膠性能最佳。

圖1. 以胺基硅烷為交聯劑和還原劑,合成超彈性石墨烯氣凝膠。

  一個胺丙基甲基二乙氧基硅烷分子扮演了三個角色(“三頭”):交聯劑、還原劑和疏水改性劑。獲得的石墨烯氣凝膠具有六個優異的性能(“六臂”):高比表面積、超疏水和超低密度、超彈性、高效隔熱、高效的三組分分離、柔性電子皮膚應變/壓力傳感。其收縮小,比表面積可達472 m2/g,與水的接觸角可達160°,密度低至1-5 mg/cm-3,經受99%的壓縮能夠完全反彈,熱導率低至0.019 W·m-1K-1,可以實現三組分的油/染料/水的高效分離。并且,基于該氣凝膠的柔性傳感陣列具有高的靈敏度和優異的耐潮濕性能,能夠探測寬的應變范圍“0-80%”以及10 Pa至10 kPa的壓力范圍。該工作為柔性多功能多孔材料的設計與合成提供了新的思路。

圖2. 擁有“三頭六臂”的新型石墨烯氣凝膠。

  論文鏈接:

  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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(責任編輯:xu)
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