1、研究背景 气凝胶是一种超低密度、大孔体积、高比表面积, 并且可以溶胀的三维网状纳米固态多孔聚合物材料[1], 具有良好的导电性和导热性。

它于1931 年被Kistler[2]发现并提出。

气凝胶的制备过程相对比较复杂, 通常状况下它先是通过溶胶的凝胶过程来制成湿凝胶, 之后经过一定的溶剂转换, 将网络空隙中表面张力相对较大的溶解过滤出来, 然后再利用一系列较为复杂的处理形成气凝胶。

气凝胶因其所具有的上述特点在催化、吸附、储能以及探测器等领域得到极为广泛的应用。

近年来, 通过研究发现石墨烯气凝胶是具有优异性能的碳材料, 其结构主要是由碳原子构成的二维片层结构的纳米碳材料 (见图1) 。

图一 石墨烯结构图 它是在2004 年被英国科学家Geim提出, 在化学界引起了极为广泛地关注, 它不仅具有良好的导电导热性能, 而且其力学性能也十分优良, 被广泛的应用于环境、化工、能源、生物科技以及材料学等领域。

而石墨烯气凝胶有效融合了石墨烯和气凝胶的诸多优点, 不仅具有二者所共有的所有特性, 而且其机械强度也显著提升, 引起了业界人士的广泛关注。

1990 年, 气凝胶的研究被列入十大热门科学技术之一, 该领域受到了各类化学家、材料科学家和物理学家的普遍重视。

2.石墨烯气凝胶国内外研究现状 2.1以RF为粘结剂制备石墨烯气凝胶 Worsley等[3-4]用不同质量分数 (0~4%) 的酚醛聚合物RF作黏接剂, 以碳酸钠为催化剂 (C) , 在氧化石墨的水分散液中合成了RF-GO湿凝胶[其中n (R) ∶n (F) =1∶2, n (R) ∶n (C) =200∶1], 经丙酮溶剂交换和超临界二氧化碳干燥后, 在氮气气氛下, 于1 050℃高温热解还原制得石墨烯气凝胶。

研究发现, 当RF的质量分数为4%, 氧化石墨的质量分数为1%时, 制得的石墨烯气凝胶导电性最好 (电导率达87 S/m) , 比表面积为584 m/g, 孔体积为2.84 cm/g。