【材制 | 视角】石墨烯气凝胶

初原载于 爱学习的 青春材制

2023-04-14

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什么是石墨烯气凝胶

　　石墨烯气凝胶，分开解读的话，其一是石墨烯，由于碳包含四个价电子，这使其有可能以其他方式与其他碳原子结合。这些不同的物理表现形式称为同素异形体。金刚石就是碳的同素异形体，石墨烯是碳的另一种同素异形体。与金刚石三维立体结构不同，石墨烯实际上是二维的。它只有一个碳原子那么厚。石墨烯是当今已知最坚固的材料。另一方面，石墨实际上是多片石墨烯。石墨在普遍使用的铅笔中被普遍称为“铅”。由于这些薄板仅通过弱原子力“结合”在一起，因此它们倾向于相互滑动，从而使结构相对较弱。

　　另一部分就是气凝胶。凝胶由悬浮在液体中的少量固体组成。当用空气代替液体时，空气被捕集在非常紧密的袋中被捕获在由剩余固体材料形成的网络中。因此，气凝胶由凝胶的固体部分加空气组成因此得名。它们是固体，并且由于它们主要是空气，因此它们的重量比空气重得多。在它们的特性中，气凝胶是出色的绝热材料。这是因为它们主要由空气组成，而空气本身就是不良的热导体，更重要的是，由于空气被固体网络捕获并且无法循环。

　　一旦许多石墨烯片被充气孔隔开，就会变成石墨烯气凝胶。

石墨烯气凝胶的性质

　　具有高弹性、强吸附、低密度、大比表面的特点，被称之为“碳海绵”石墨烯气凝胶，体现了宏观尺度下石墨烯的优异性能，其结构由石墨烯片层三维搭接、组装形成，具有三维连续多孔网络结构，继承了石墨烯和气凝胶高比表面积、高孔隙率、高电导率以及良好的热导率和机械强度等优点，在能源存储、传感、吸附、热界面材料等领域有着重要的应用前景。

      石墨烯气凝胶是一种轻质的固体材料，其密度仅为每立方厘米0.16毫克，比氦气还要轻，约是同体积大小氢气重量的两倍。将其放置花朵的花蕊上，花蕊都不会发生形变。

石墨烯气凝胶的用途

制作电池

被称为锂硫（LI-S）电池的新型锂基电池，是一个例子。这主要是由于石墨烯气凝胶吸收液体的巨大能力。该属性将适用于“阴极电解液”溶液，该溶液与电池的锂阳极相互作用。尽管锂硫电池仍处于早期开发阶段，但每千克电池重量可存储1到1.5千瓦时，远远超过当前锂离子电池的0.350千瓦时极限。

净化淡水

中国湖北大学的科学家们已经开发出一种使用石墨烯气凝胶净化水或淡化水的方法。其结果表明，在模拟阳光下，石墨烯气凝胶会聚集阳光，将水加热到45°C。如所述，石墨烯气凝胶按重量计超过99％，使得材料高度多孔。多孔结构将蒸汽抽离地面。蒸汽全部为水，不含盐或原始水中存在的任何污染物。

石墨烯气凝胶的发展方向

目前看来，石墨烯气凝胶的发展方向在于航空航天领域。斯坦福大学航空与航天学助理教授黛比·塞涅斯基领导着一个团队，该团队将准备在国际空间站上进行的一系列石墨烯气凝胶实验。凭借其独特的特性，无论是在地球上还是在太空中，它都是无价之宝，石墨烯气凝胶很可能在太空中制造最为成功。随着制造基础设施的发展超出地球范围，石墨烯气凝胶的制造可能是太空工业的开端。

参考资料

石墨烯——百度百科

气凝胶——百度百科

关于石墨烯气凝胶，你应该知道的 5 件事——知乎

石墨烯气凝胶简介——厦门大学国内合作办公室

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