从最高大的建筑到最细小的零件，从最坚硬到最柔软的材料，人类一直致力于超越各种“之最”。最近小编在学习产业新闻时发现关于世界上最轻固体材料—石墨烯气凝胶这一块报道的比较多，那何为石墨烯气凝胶？石墨烯气凝胶的主要应用领域有哪些？今天就由小编和大家一起分享所学内容。
何为石墨烯气凝胶？
石墨烯是一种由碳原子以sp2 杂化轨道组成六角蜂巢晶格的二维碳纳米材料。其厚度仅为0.33nm，是世界上最薄的的二维材料。这种特殊结构使其在电学、光学、热学和机械性能等方面表现出许多优异的性质。
“气凝胶”这一概念是在1931年由美国斯坦福大学的 Samuel Stephens Kistler 提出的，通过超临界干燥的方法成功制备了多孔的SiO2材料，这也是世界上第一个纳米多孔的三维固体材料，具有大比表面积、高孔隙率及超低密度等特性。
石墨烯气凝胶（GA）是以石墨烯为材料，经组装、搭接形成的三维结构的材料，同时是具有互联多孔网络结构的三维宏观体材料，也被称为“石墨烯泡沫”、“石墨烯海绵”或者“石墨烯宏观体”，是目前世界上已知的最轻固体材料。除具有石墨烯的性质稳定、高导电率、良好的热导率、机械强度较高等优点，还继承了气凝胶的低密度、高孔隙率、高比表面积等特点。在组装、搭接过程中，通过调节石墨烯气凝胶的结构，可制备不同特性的材料，使其具备优异的电学性能、良好的热学性能、高机械强度、高弹性、吸附能力强等特点。
石墨烯气凝胶主要应用领域有哪些？
石墨烯气凝胶因其独特的性质，在传感器、电能储能装置、吸附、催、电磁屏蔽等领域有着重要的应用前景。下面小编就最近学习的石墨烯气凝胶用于个人热管理、电磁屏蔽、超级电容器的内容进行总结如下。
1.个人热管理材料
AFM：《Nature-Inspired Solar-Thermal Gradient Reduced Graphene Oxide Aerogel-based Bilayer Phase Change Composites for Self-Adaptive Personal Thermal Management》
尽管用于日常环境的个人热管理（PTM）材料被广泛研究，但在复杂和户外场景中具有出色可行性的多功能PTM材料的探索仍处于起步阶段。北京化工大学杨冬芝教授、于中振教授团队受大气温度调节效应的启发，提出了一种具有“能量调节”和“能量逆补偿”特性的太阳热梯度还原氧化石墨烯（RGO）气凝胶基双层相变复合材料（GRGC）的自适应PTM应用设计。
通过整合RGO的光热能转换能力、气凝胶/十八烷双层结构的热调控与内部独特的梯度RGO框架，以及十八烷的潜热补偿，双层GRGC可以作为一种高效的PTM器件，缓解恶劣环境下人体皮肤的剧烈温度变化。这种多功能PTM装置不仅可以通过太阳能热转换，气凝胶隔热和相变潜热释放的协同作用，在-5°C的寒冷环境中保持温暖的皮肤表面微气候，而且还通过其相变行为和隔热性提供有效的热缓冲以防止高温环境中的热疗。这种梯度和双层设计为制造用于恶劣环境中应用的自适应PTM器件开辟了一条新途径。
2.电磁屏蔽干扰材料
随着现代电子设备的发展和普及，与之而来的电磁干扰已成为严重的社会问题。尽管主流科学界认为这对人体健康的影响微乎其微，但却削弱了电子仪器的性能和可靠性。电磁屏蔽材料可以抑制电磁波的辐射和干扰，进而保证电子设备的正常运行。石墨烯气凝胶凭借着其良好的导电性及内部复杂的多孔的微观结构可实现电磁波的反射从而表现出优异的电磁屏蔽性能。
AMT：《Structure Control of Large-Sized Graphene Foams for Outstanding Microwave Absorption, Thermal Insulation, and Mechanical Stability》
华东理工大学莫润伟特聘教授、王健农特聘教授等研究提供了一种面向三维石墨烯泡沫（GFs）的多功能设计。通过简单的冷冻和风干结构集成的氧化石墨烯（GO）水凝胶来制备大尺寸的泡沫，并引入聚二甲基硅氧烷（PDMS）来加强GO的框架。显著的发现GF/PDMS复合材料在雷达微波的整个频率范围内（2-18GHz）拥有强大的宽带吸收（反射损耗<-10dB）。这归因于GO材料本身介电损耗的协同效应和多孔泡沫结构带来的多层衰减。验结果还表明，轻质泡沫具有非常低的导热性，为0.03-0.13 W m-1 k-1，并具有压缩、伸展和扭转的机械灵活性。因此，本研究为大规模生产应用于民用和军用领域的多功能微波吸收泡沫材料提供了一个新的策略。
Carbon：《Construction of multi-dimensional NiCo/C/CNT/rGO aerogel by MOF derivative for efficient microwave absorptio》
西安工业大学Yan Wang等研究员成功获得了一种用一维碳纳米管（CNTs）和金属有机骨架（MOF）衍生物修饰的多维石墨烯基气凝胶（NiCo/C/CNT/rGO气凝胶），在填料负载为58 wt%时，厚度为8.20 mm，有效吸收带宽为1.8 GHz，覆盖整个Ku波段，可实现−7.6 dB的最佳电磁波吸收性能。优异的电磁波吸收性能可归因于阻抗匹配、电磁衰减能力、独特的多维多孔结构、丰富的缺陷和界面的协同效应。本工作为多维轻质磁介质微波吸收体的合成提供了一种新方法。
3.超级电容器
JCIS：《S/N-codoped carbon nanotubes and reduced graphene oxide aerogel based supercapacitors working in a wide temperature range》
在众多的超级电容器电极材料中，碳材料因其大的比表面积、良好的导电性和高经济效益而被广泛使用。然而，碳基超级电容器面临着能量密度低和工作环境有限的挑战。辽宁科技大学Zhenjie Lu等研究报告了一种简单的自组装方法来制备三维碳纳米管/还原氧化石墨烯（CNTs/rGO）气凝胶材料，该材料被应用于对称超级电容器的正负电极。所制备的超级电容器不仅在室温下，而且在极端温度下（-20∼80℃）也表现出突出的电容性能。基于CNTs/rGO的重量比为2:5的对称超级电容器在以KOH为电解质的情况下，在25℃和80℃时的比电容分别达到107.8和128.2Fg-1，在以深共晶溶剂为电解质的情况下，在-20℃和60℃时的比电容分别为80.0和144.6Fg-1。值得注意的是，在广泛的温度范围内，经过20000次充放电测试，组装的超级电容器的电容保持率和库仑效率几乎没有变化。这项工作为开发在极端温度下灵活操作的高性能超级电容器提供了可能性。
尽管目前对于石墨烯气凝胶的组装制备和性能调控仍存在不足，但随着石墨烯气凝胶制备方法的不断改善及应用领域的深入研究，石墨烯气凝胶材料将会迎来更好的发展。
