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  作為一種新型納米多孔材料，石墨烯氣凝膠具有許多優(yōu)異的性能，比如：極低的密度、極高的孔隙率、良好的導(dǎo)電性和可壓縮性等。它們在能源存儲、催化、吸附、壓力/應(yīng)變傳感、隔熱、電磁屏蔽等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)的石墨烯氣凝膠在制備過程中收縮較大，并且彈性、疏水性和功能性有限，不能滿足實際應(yīng)用的需求。

  針對石墨烯氣凝膠存在的上述問題，同濟大學(xué)青年教師祖國慶通過引入胺基硅烷作為交聯(lián)劑和還原劑，合成了超彈性多功能的石墨烯氣凝膠。經(jīng)過C-N偶聯(lián)和水解縮聚反應(yīng)，胺基硅烷可以同時實現(xiàn)對氧化石墨烯的交聯(lián)和還原。通過對比不同的胺基硅烷，發(fā)現(xiàn)采用胺丙基甲基二乙氧基硅烷制備得到的石墨烯氣凝膠性能最佳。

圖1. 以胺基硅烷為交聯(lián)劑和還原劑，合成超彈性石墨烯氣凝膠。

  一個胺丙基甲基二乙氧基硅烷分子扮演了三個角色（“三頭”）：交聯(lián)劑、還原劑和疏水改性劑。獲得的石墨烯氣凝膠具有六個優(yōu)異的性能（“六臂”）：高比表面積、超疏水和超低密度、超彈性、高效隔熱、高效的三組分分離、柔性電子皮膚應(yīng)變/壓力傳感。其收縮小，比表面積可達472 m²/g，與水的接觸角可達160°，密度低至1-5 mg/cm^-3，經(jīng)受99%的壓縮能夠完全反彈，熱導(dǎo)率低至0.019 W·m^-1K^-1，可以實現(xiàn)三組分的油/染料/水的高效分離。并且，基于該氣凝膠的柔性傳感陣列具有高的靈敏度和優(yōu)異的耐潮濕性能，能夠探測寬的應(yīng)變范圍“0-80%”以及10 Pa至10 kPa的壓力范圍。該工作為柔性多功能多孔材料的設(shè)計與合成提供了新的思路。

圖2. 擁有“三頭六臂”的新型石墨烯氣凝膠。

  論文鏈接：

  Guoqing Zu, et al. Superelastic Multifunctional Aminosilane-Crosslinked Graphene Aerogels for High Thermal Insulation, Three-Component Separation, and Strain/Pressure-Sensing Arrays.

  https://doi.org/10.1021/acsami.9b16746