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再力花带来灵感，浙大团队制备高强度高弹性石墨烯气凝胶

来源: X-MOL 2017-08-03 15:17:14

气凝胶作为一种多孔结构的新型材料，具有超低密度、超低导热及高能量吸收的性质，在保温材料、隔音材料、污染控制和催化剂载体等方面有着广泛的应用，而碳气凝胶尤其是石墨烯气凝胶更是具有光明的应用前景。然而，这些应用往往需要石墨烯气凝胶同时具备高强度和高弹性，这种“鱼和熊掌兼得”的要求对科学家们提出了不小的挑战。尽管目前也发展出一些技术试图解决这一问题，如3D打印、化学气相沉积、水热法及冷冻干燥法等，但能真正制备出高度有序结构得到高强度和高弹性石墨烯气凝胶的成功者寥寥无几。

再力花（Thalia dealbata）也称水竹芋、水莲蕉，作为一种水生植物，可能并不为人所熟知。最近，浙江大学的谢涛教授（点击查看介绍）和柏浩教授（点击查看介绍）等研究人员受轻质、高强度、高弹性的再力花茎干的启发，模仿其3D层层互连结构，采用双向冷冻技术以冰为模板将氧化石墨烯组装成类似结构，再经过冷冻干燥和热还原得到了具有高度有序3D结构的石墨烯气凝胶。这种仿生石墨烯气凝胶同时具有高强度和高回弹能力。相关成果发表于ACS Nano 杂志上，杨苗和赵昵芳为共同第一作者，柏浩教授为通讯作者。

作为观赏植物的再力花。图片来自网络

再力花的茎干通常有2米高，仅6-10毫米厚，具有足够的强度和弹性，能让植株在频繁刮风的环境中生存。研究人员发现，再力花茎干中具有3D层层互连结构。受此启发，研究人员采用双向冷冻技术，首先使冰晶成核，再使其沿垂直和水平两个方向的温度梯度进行生长，氧化石墨烯片层在两个方向上平行组装，形成类似再力花茎干的3D微结构，随后经过冷冻干燥和热还原得到仿生石墨烯气凝胶。通过电镜表征，这种石墨烯气凝胶片层的厚度为1-5 μm，连接桥的长度为10-30 μm，且内部含有许多大孔。

材料学

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