石墨烯气凝胶是由单原子厚度的石墨烯薄片以特定的三维结构相互搭接组装而成的超轻多功能宏观体材料，该材料使石墨烯独特的纳米性质在宏观尺度上得以展现，具有诸多优异的性能。例如，该材料具有超高的孔隙率（>99%），极低的密度（<10 mg mL -1 ），在极宽的温度范围内（-196~1000ºC）保持优异的压缩回弹性，以及突出的光热和电热转换能力。与传统的聚合物、陶瓷和金属泡沫材料相比，石墨烯气凝胶在能源和环境方面的应用显示出其独特的优势。但是，目前制备石墨烯气凝胶的方法，包括化学气相沉积(CVD)、水热合成、冷冻干燥和冷冻铸造，都必须在具有非常规的温度或压力的封闭空间中进行，工艺难于连续化集成，并且制备周期长、能耗高，并不适合工业化大规模生产，特别是针对不同的应用场所，上述方法很难实现该材料的原位制备。因此，开发一种在开放环境条件下连续制备石墨烯气凝胶的组装方法具有重要的理论意义和实用价值。氧化石墨烯具有丰富的含氧基团，在水中可形成高浓度的分散液，并且可相对便宜地大量制备，是构建GAs材料最重要的原料。然而，当氧化石墨烯浆料直接在空气中干燥时，由于存在极强的气液界面张力，氧化石墨烯纳米片倾向于逐层堆叠，形成了排列紧密的2D膜材料。因此，如果不使用冷冻干燥技术或固体模板法消除或抵抗界面张力，在开放环境下，氧化石墨烯浆料直接干燥无法得到三维多孔的宏观材料。近几年，将气泡引入到氧化石墨烯溶液体系中制备气凝胶材料的方法有很多，研究人员通常使用凝胶或冷冻的方法将气泡固定在材料中，因为气泡在溶液中并不是稳定存在的，由于存在压力差，气体总是从尺寸较小的气泡向相邻尺寸较大的气泡流动，导致的结果是大气泡越来越大，小气泡越来越小，该过程属于奥斯瓦尔德（Ostwald）熟化。气泡的过度的演化将会导致气凝胶材料的孔径分布变大，材料性能变差。 成果简介 近日， 北京理工大学 曲良体教授 研究团队使用浓稠的氧化石墨烯发泡浆料在开放环境下直接烘干铸造，制备得到了多孔的三维氧化石墨烯泡沫材料。该方法的原理是在氧化石墨烯浆料干燥过程中，尽量延缓液泡的Ostwald熟化进程，干燥后将相对均匀的气泡锁定在材料中，制备得到三维多孔的泡沫材料。该方法的突出优点是可以在绝大部分的固体表面上任意地连续制备氧化石墨烯泡沫材料，不再受空间和尺寸的限制。更重要的是，阻燃改性的氧化石墨烯泡沫快速热还原后（火焰）形成了具有分级闭孔结构的石墨烯气凝胶。该独特的三维结构赋予了石墨烯气凝胶突出的高温隔热性能（16毫米厚的样品，400℃时表面温度降低70%）和阻燃性能，以及超弹性（50%应变下，循环压缩1000次)、低密度（10~28 mg cm -3 ）、大比表面积（206.8 m 2 g -1 ）和高导电性（约100 S m -1 ）。
这项工作提供了一种非常简单且高效的制备方法，有望实现高性能石墨烯气凝胶材料的原位制备和连续化工业生产。所制备的多功能气凝胶材料有望应用到飞机、高铁甚至建筑物中，以追求更加节能、更加舒适和更加安全的目标。相关研究成果以“ Retarding Ostwald Ripening to Directly Cast 3D Porous Graphene Oxide Bulks at Open Ambient Conditions ”为题发表在 ACS Nano 上，第一作者为北京理工大学博士研究生 杨洪生 同学， 张志攀 教授和 曲良体 教授为论文共同通讯作者。合作单位包括北京理工大学、清华大学、意大利罗马第一大学等。
