为了精确地调整石墨烯气凝胶（GA）的孔结构以适应多种应用背景的需求，迫切需要深入研究石墨烯气凝胶的成形技术。近日，北京科技大学的张海龙教授等人利用冷冻温度为-10℃～-196℃的冰晶模板，采用冷冻铸造方法对GA的微观结构和性能进行了调控，并采用相场模拟方法研究了石墨烯-H2O体系在冷冻过程中的微观结构演变。实验和模拟结果均表明，过冷度是冰晶形核和生长的基础，控制着GA的微观形貌。通过将冷冻温度从-10℃降低到-196℃，GA的孔径在240~6μm范围可调，但其密度保持8.3mg cm−3不变。快速冷冻铸造使GA具有精细的孔结构，因此具有更好的热、电和压缩性能，而缓慢冷冻铸造制备的GA由于具有连续的管状石墨烯片层而具有更好的吸收性能。在-196℃下冷冻铸造的GA显示出327 KPa的最高杨氏模量，其密度与文献中报道的类似。该工作证明了具有精确可调微观孔结构的GA在多种领域的应用潜力，提出的低温诱导相分离方法为其他多孔材料的制备也提供了新的思路。
Xiangyu Zhu; Chao Yang; Pingwei Wu; Zhenqian Ma; Yuanyuan Shang; Guangzhu Bai; Xiaoyan Liu; Guo Chang; Ning Li; Jingjie Dai; Xitao Wang; Hailong Zhang. Precise control of versatile microstructure and properties of graphene aerogel via freezing manipulation. Nanoscale, 2020.
DOI: 10.1039/c9nr07861d
http://doi.org/10.1039/c9nr07861d
