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再力花帶來(lái)靈感，浙大團(tuán)隊(duì)制備高強(qiáng)度高彈性石墨烯氣凝膠

來(lái)源: X-MOL 2017-08-03 15:17:14

氣凝膠作為一種多孔結(jié)構(gòu)的新型材料，具有超低密度、超低導(dǎo)熱及高能量吸收的性質(zhì)，在保溫材料、隔音材料、污染控制和催化劑載體等方面有著廣泛的應(yīng)用，而碳?xì)饽z尤其是石墨烯氣凝膠更是具有光明的應(yīng)用前景。然而，這些應(yīng)用往往需要石墨烯氣凝膠同時(shí)具備高強(qiáng)度和高彈性，這種“魚和熊掌兼得”的要求對(duì)科學(xué)家們提出了不小的挑戰(zhàn)。盡管目前也發(fā)展出一些技術(shù)試圖解決這一問(wèn)題，如3D打印、化學(xué)氣相沉積、水熱法及冷凍干燥法等，但能真正制備出高度有序結(jié)構(gòu)得到高強(qiáng)度和高彈性石墨烯氣凝膠的成功者寥寥無(wú)幾。

再力花（Thalia dealbata）也稱水竹芋、水蓮蕉，作為一種水生植物，可能并不為人所熟知。最近，浙江大學(xué)的謝濤教授（點(diǎn)擊查看介紹）和柏浩教授（點(diǎn)擊查看介紹）等研究人員受輕質(zhì)、高強(qiáng)度、高彈性的再力花莖干的啟發(fā)，模仿其3D層層互連結(jié)構(gòu)，采用雙向冷凍技術(shù)以冰為模板將氧化石墨烯組裝成類似結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過(guò)冷凍干燥和熱還原得到了具有高度有序3D結(jié)構(gòu)的石墨烯氣凝膠。這種仿生石墨烯氣凝膠同時(shí)具有高強(qiáng)度和高回彈能力。相關(guān)成果發(fā)表于ACS Nano 雜志上，楊苗和趙昵芳為共同第一作者，柏浩教授為通訊作者。

作為觀賞植物的再力花。圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

再力花的莖干通常有2米高，僅6-10毫米厚，具有足夠的強(qiáng)度和彈性，能讓植株在頻繁刮風(fēng)的環(huán)境中生存。研究人員發(fā)現(xiàn)，再力花莖干中具有3D層層互連結(jié)構(gòu)。受此啟發(fā)，研究人員采用雙向冷凍技術(shù)，首先使冰晶成核，再使其沿垂直和水平兩個(gè)方向的溫度梯度進(jìn)行生長(zhǎng)，氧化石墨烯片層在兩個(gè)方向上平行組裝，形成類似再力花莖干的3D微結(jié)構(gòu)，隨后經(jīng)過(guò)冷凍干燥和熱還原得到仿生石墨烯氣凝膠。通過(guò)電鏡表征，這種石墨烯氣凝膠片層的厚度為1-5 μm，連接橋的長(zhǎng)度為10-30 μm，且內(nèi)部含有許多大孔。

材料學(xué)

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