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冰模板石墨烯基气凝胶:制备、性能与挑战

 材料文献解读

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石墨烯具有出色性能,气凝胶是领先多孔材料,二者整合促进多功能多孔材料发展,冰模板技术成为制备石墨烯气凝胶的流行方法。

浙江大学柏浩教授等在《ACS Appl. Mater. Inters 》发表综述,系统总结其发展进展。制造过程含前驱体制备、冷冻、干燥和后处理四步,各步骤影响气凝胶微观结构与性能。冰模板可制造球体、纤维和薄膜等多种宏观结构的气凝胶,为复杂应用提供选择。其兼具石墨烯与气凝胶特性,实现分层架构及机械、电气和传质性能。

综述总结了制备过程及多功能应用,指出冷冻是关键步骤,自然干燥为大规模生产提供可行路线,且已在多领域广泛探索应用。

不过,仍存在挑战:前驱体制备中,高质量石墨烯纳米片成本高阻碍应用,需系统研究指导选材;冷冻过程中,添加剂影响孔壁机制未知,需结合原位表征与模拟实现结构精确控制;干燥过程中,当前自然干燥损害柔韧性和轻质性,需理解孔壁变形机理开发新方案。

性能与应用方面,一些结构-功能关系研究少,如气凝胶弹性微观结构起源、孔排列与各向异性关联等需进一步研究。虽优势显著,但冰模板石墨烯基气凝胶仍需深入探索 。 

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