石墨烯气凝胶,是以石墨烯为材料,经组装、搭接形成的具有三维网络结构的多孔材料,是一种氧化气凝胶。石墨烯气凝胶密度极低,仅为0.16mg/cm3,且内部孔隙众多、充满空气,因此非常轻盈,是目前世界纪录中密度最低的固体。石墨烯气凝胶吸附性强的优点突出,最高可以吸收自身重量900倍的油脂,是已报道的吸油能力最强的材料。

石墨烯气凝胶质轻、吸附力强,研究开发价值较大。
石墨烯气凝胶质轻、吸附力强,研究开发价值较大。

石墨烯气凝胶同时拥有石墨烯与气凝胶的优点,例如拥有石墨烯的性质稳定、超高压缩回弹性、导热导电性、疏水性等性能,拥有气凝胶的低密度、高孔隙率、高比表面积等特点。

在组装、搭接过程中,石墨烯气凝胶的结构可调节,不同结构存在不同特性。石墨烯气凝胶的形状可以任意调节,具备质量极轻、高机械强度、高弹性、吸附能力强等特点,被压缩80%后仍可恢复原状。

根据新思界产业研究中心发布的《2022-2026年石墨烯气凝胶行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示,利用独特性质,石墨烯气凝胶可以用作吸附剂、催化剂、电磁屏蔽材料、能量转换材料、保温隔热材料等,广泛应用在环保、化工、储能、电子、传感器、建材等领域。

石墨烯气凝胶在环保领域发展潜力大,其只吸油不吸水,且吸油能力强,一般可吸收自身重量250倍左右的油脂,最高可吸收900倍的油脂,吸附的油脂可挤出回收,石墨烯气凝胶本身可以再利用,在海上原油泄漏处理方面具有重要应用价值。

石墨烯气凝胶制备可以采用原位组装法、溶胶凝胶法、模板法、非模板法、3D打印技术等来实现。石墨烯气凝胶最早由我国浙江大学研发问世,目前相关科研机构与研究高校主要有中国浙江大学、中国哈尔滨工业大学、中国科学院、英国诺森比亚大学、美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室等。

2013年,浙江大学团队研制出石墨烯气凝胶,是世界上已知最轻的固体;

2015年,劳伦斯利弗莫尔国家实验室利用3D打印技术制造出石墨烯气凝胶;

2019年,诺森比亚大学与浙江大学合作,利用石墨烯气凝胶替代电极板气体扩散层,应用在甲醇燃料电池中,大幅降低了电池重量并提高了功率密度;同年,中国科学院苏州纳米所团队制备出孔洞氧化石墨烯,进一步处理得到各向异性孔洞石墨烯气凝胶,解决了已问世石墨烯气凝胶存在的性能不足问题。

我国石墨资源储量丰富,石墨烯制备工艺日益成熟,石墨烯存在易发生不可逆堆叠与团聚的问题,限制了其在部分领域的应用,将二维石墨烯组装、搭接构建三维网络结构,制备得到石墨烯气凝胶,是解决石墨烯应用局限性的有效途径之一。由此来看,石墨烯气凝胶具有较为广阔的市场空间,研究开发价值较大。

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