浙江大学高超等：室温下，固体一步变气凝胶，还可以连续化制备学术资讯

来源：纳米人

气凝胶是世界上密度最小的一类物质，具有高孔隙率，质量轻等特性，作为纳米级多孔固态材料在储能、催化、保温绝缘体、传感器和复合材料等领域显示出巨大的应用潜力。气凝胶的制备方法通常有两种，以石墨烯气凝胶为例：以稀释的可溶石墨烯及其衍生物为前体，可通过溶胶-凝胶法和模板法来进行制备。然而无论是模板法还是“溶胶-凝胶”法，制备得到的石墨烯气凝胶的结构稳定性差，其多孔结构无法经受复杂精确的调控；同时，高成本的冷冻干燥工艺限制了其规模化应用。由固体直接热塑性发泡是制造多孔材料的最有效方法。这种固体的直接塑化方法在聚合物中很常见，但在石墨烯气凝胶的制备中却很难得到应用，因为在二维石墨烯片中，巨大的层间相互作用使石墨烯片无法移动，难以达到热塑性要求。成果简介有鉴于此，浙江大学的高超教授、刘英军副研究员、许震研究员等人，发明了一种溶致塑化发泡的方法，将氧化石墨烯固体直接转化为气凝胶块和微阵列。相关研究成果以“Hydroplastic foaming of graphene aerogels and artificially intelligent tactile sensors”为题发表在Science Advances上。揭示了二维氧化石墨烯的溶致塑性，提出了“溶致塑化发泡”的方法，实现了由固态氧化石墨烯膜连续化、大规模发泡制备气凝胶。水插层可塑化氧化石墨烯固体，使其直接发泡，而不是灾难性的破碎。气泡的形成遵循一般的结晶规则，并允许实现低至8 nm的纳米精度控制。图 | 溶致塑化发泡技术制备石墨烯气凝胶及机理通过溶塑发泡制备的石墨烯气凝胶具有与聚合物泡沫同样优异的机械稳定性。这事因为溶致塑化与气泡张力的共同作用极大地消除了气凝胶中的搭接缺陷，实现了石墨烯的紧密结合。气泡团簇产生无缝连接的双曲面结构，并使石墨烯气凝胶具有超强的机械稳定性。图 | 溶致塑化发泡技术制备石墨烯气凝胶的机械稳定性开发的超灵敏的石墨烯气凝胶微阵列触觉传感器，结合深度机器学习，实现了材料种类及表面字母的精准识别，正确率达到80%以上，远超出人手的触觉灵敏度（人手正确率~30%）。图 | 基于石墨烯气凝胶的人工智能微阵列传感器该工作提供了一种快速且高效的制备超轻、机械稳定性石墨烯气凝胶的溶致塑化发泡方法，为气凝胶的组装制备提供了一种新的普适性方案。