石墨烯氣凝膠,是以石墨烯為材料,經組裝、搭接形成的具有三維網絡結構的多孔材料,是一種氧化氣凝膠。石墨烯氣凝膠密度極低,僅為0.16mg/cm3,且內部孔隙眾多、充滿空氣,因此非常輕盈,是目前世界紀錄中密度最低的固體。石墨烯氣凝膠吸附性強的優點突出,最高可以吸收自身重量900倍的油脂,是已報道的吸油能力最強的材料。

石墨烯氣凝膠質輕、吸附力強,研究開發價值較大。
石墨烯氣凝膠質輕、吸附力強,研究開發價值較大。

石墨烯氣凝膠同時擁有石墨烯與氣凝膠的優點,例如擁有石墨烯的性質穩定、超高壓縮回彈性、導熱導電性、疏水性等性能,擁有氣凝膠的低密度、高孔隙率、高比表面積等特點。

在組裝、搭接過程中,石墨烯氣凝膠的結構可調節,不同結構存在不同特性。石墨烯氣凝膠的形狀可以任意調節,具備質量極輕、高機械強度、高彈性、吸附能力強等特點,被壓縮80%后仍可恢復原狀。

根據新思界產業研究中心發布的《2022-2026年石墨烯氣凝膠行業深度市場調研及投資策略建議報告》顯示,利用獨特性質,石墨烯氣凝膠可以用作吸附劑、催化劑、電磁屏蔽材料、能量轉換材料、保溫隔熱材料等,廣泛應用在環保、化工、儲能、電子、傳感器、建材等領域。

石墨烯氣凝膠在環保領域發展潛力大,其只吸油不吸水,且吸油能力強,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,吸附的油脂可擠出回收,石墨烯氣凝膠本身可以再利用,在海上原油泄漏處理方面具有重要應用價值。

石墨烯氣凝膠制備可以采用原位組裝法、溶膠凝膠法、模板法、非模板法、3D打印技術等來實現。石墨烯氣凝膠最早由我國浙江大學研發問世,目前相關科研機構與研究高校主要有中國浙江大學、中國哈爾濱工業大學、中國科學院、英國諾森比亞大學、美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室等。

2013年,浙江大學團隊研制出石墨烯氣凝膠,是世界上已知最輕的固體;

2015年,勞倫斯利弗莫爾國家實驗室利用3D打印技術制造出石墨烯氣凝膠;

2019年,諾森比亞大學與浙江大學合作,利用石墨烯氣凝膠替代電極板、氣體擴散層,應用在甲醇燃料電池中,大幅降低了電池重量并提高了功率密度;同年,中國科學院蘇州納米所團隊制備出孔洞氧化石墨烯,進一步處理得到各向異性孔洞石墨烯氣凝膠,解決了已問世石墨烯氣凝膠存在的性能不足問題。

我國石墨資源儲量豐富,石墨烯制備工藝日益成熟,石墨烯存在易發生不可逆堆疊與團聚的問題,限制了其在部分領域的應用,將二維石墨烯組裝、搭接構建三維網絡結構,制備得到石墨烯氣凝膠,是解決石墨烯應用局限性的有效途徑之一。由此來看,石墨烯氣凝膠具有較為廣闊的市場空間,研究開發價值較大。

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