本文要点：

一种新颖的方法制备超低密度，高弹性，出色的机械和导电三维石墨烯蜂窝材料

成果简介

由化学衍生的氧化石墨烯制成的传统三维石墨烯蜂窝材料（GCM）的机械强度低，塑性变形严重且导电性差。本文，中国科学院上海硅酸盐研究所毕辉研究员、黄富强研究员（点击蓝色字体有导师详细介绍）与上海大学材料科学与工程学院万冬云教授合作在《CHEMNANOMAT》期刊发表名为“Ultralight,HighlyCompressibleGrapheneCellularMaterialswithEnhancedMechanicalandElectricalPerformance”的论文，研究通过乙醇酸交联剂产生的广泛氢键使石墨烯纳米片自组装，制备超轻，超弹性，优异的机械和导电GCM。

同时，乙醇水溶液被用来显着限制冷冻过程中转化为冰晶的水的体积膨胀。最终，GCM表现出约4.3mgcm-3的超低密度，并且可以大规模制造（体积约cm3）。90％在4.3mgcm-3至25.3mgcm-3的整个密度的范围内GCM具有约90％的最大可逆应变。杨氏模量（）是从13.7kPa（ρ=4.3mgcm-3）至.1kPa（ρ=25.3mgcm-3），标度为ρ2.1，且指数n低于大气环流模型先前报告。GCM还具有约98.1S/m的高电导率（ρ=25.3mgcm-3）。此工作为制造超轻，高度可压缩和导电的GCM提供了一种简便的方法，为今后在储能和转化，环境吸附剂等方面的潜在应用铺平了道路。

图文导读

图1、（a）GCM制造程序的示意图。（b）GO和乙醇酸在GCM制备中的反应机理。

图2、（a）樱花上8cm3得GCM块。

（b）支撑g配重的GCM（ρ=25.3mgcm-3）没有明显的形状变形。

（c）体积放大GCM约为cm3。

（d，e）GCM内部交联结构的场发射扫描电子显微镜（FESEM）图像。

（f，g）GCM组装的石墨烯纳米片的高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）图像。

图3、（a）XRD，（b）拉曼，（c）傅立叶变换红外（FTIR）光谱和（d）GO，GA，GCM-1，GCM-3和GCM-5得X射线光发射光谱（XPS）光谱

图4、（a）不同乙醇浓度的乙醇水溶液的凝固点。（b）乙醇-水溶液冷冻干燥后，GCM与已形成的水凝胶的相对高度。（c）去离子水冷冻干燥过程的数字图像。（d）20％（重量）乙醇水溶液冷冻干燥过程的数字图像。

图5、（a，b）分别是GA和GCM压缩过程的照片。

（c，d）应变增加到GCM压缩90％的可逆σ-回路，其密度分别为4.3mgcm-3和25.3mgcm-3。

（e）不同密度的GCM在50％应变下的应力-应变曲线。

（F）可逆σ-ε环路的次循环后GCM（ρ=14.5mgcm-3）。

（g）在次循环后的最大应变为90％时，GCM的恢复高度（ρ＝6.1mgcm-3）。

（h）杨氏模量E与密度ρ对于GCM（红色），石墨烯弹性体（蓝色），石墨烯海绵（橙色），石墨烯气凝胶（紫色）。

图6、（a）ΔR/R0与压缩应变之间的关系。

（b）GCM的标准化电导率（σ（T）/σ（K））的温度依赖性。

（c）朝向10K时，对磁场B的磁阻（R（B）/R0）增加。

（d）GCM（红色），石墨烯弹性体（黑色），石墨烯海绵（橙色）的电导率和石墨烯气凝胶（橄榄色）。

小结

总之，一种简单的自组装方法来制造超轻，高度可压缩，高度机械和导电的GCM。GCM的优异特性很大程度上归因于乙醇酸自缩合产生的广泛氢键与石墨烯纳米片之间的强交联，以及乙醇水溶液冷冻干燥以防止石墨烯水凝胶的体积膨胀不受结构破坏。此工作为开发创新和可行的GCM自组装方法以及进一步应用于储能和转化，环境修复吸附剂等铺平道路。

文献：