石墨烯气凝胶导热系数
北京化工大学--用于热界面复合材料的3D层状结构石墨烯气凝胶，具有极高的垂直热导率和断裂韧性
北京化工大学--用于热界面复合材料的3D层状结构石墨烯气凝胶，具有极高的垂直热导率和断裂韧性尽管导热石墨烯片在提高聚合物的面内热导率方面是有效的，但由此产生的纳米复合材料通常表现出低的面内热导率，限制了它们作为热界面材料的应用。
在此，层状结构的聚酰胺酸盐/氧化石墨烯(PAAS/GO) 混合气凝胶是通过 PAAS/GO 悬浮液的双向冷冻然后冻干来构建的。
随后，PAAS 单体聚合成聚酰亚胺(PI)，而GO 在300℃的热退火过程中转化为热还原氧化石墨烯(RGO)。
在2800 ℃的最终石墨化将 PI 转化为具有 RGO 感应效应的石墨化碳，同时，RGO 被热还原并修复为高质量的石墨烯。
最后，首次制备出具有优异平面热传导能力的层状结构石墨烯气凝胶，其优异的平面热传导能力源于其垂直排列和紧密堆叠的高质量石墨烯薄片。
在用环氧树脂进行真空辅助浸渍后，所得的含有2.30 vol% 石墨烯的环氧树脂复合材料表现出高达 20.0 W m -1 K -1的出色的垂直方向热导率，是环氧树脂的100倍，比热导率提高了4310%，创历史新高。
此外，层状结构的石墨烯气凝胶赋予环氧树脂高断裂韧性，约为环氧树脂的 1.71 倍。
Figure 1. (a) LSGA 及其环氧树脂复合材料的合成示意图。
沿Z轴观察到的(b)P9G1、(c)P8G2、(d)P7G3、(e) P6G4和(f)P5G5的形貌SEM图；沿Z 轴观察到的(g) P9G1-2800、(h) P8G2-2800、(i)P7G3-2800、(j)P6G4-2800 和(k) P5G5-2800形貌的 SEM 图像。
Figure 2. (a)LSGAs 表观密度与 PAAS/GO 悬浮液中 GO 含量的关系图；插图显示了石墨化处理后不同尺寸的 LSGA。
(b,c) GO、PI和LSGAs的XRD图谱。
(d)LSGA 的 (002) 衍射角和半高宽与 PAAS/GO 悬浮液中 GO 含量的关系图。
石墨烯气凝胶的结构控制及其电化学性能
a—6 h; b—12 h ;c—24 石墨烯气凝胶的物化性质 为了分析石墨烯气凝胶的物化性质，将其与制
备石墨烯的原料（石墨）及中间体（氧化石墨烯）进行 比较。由图 3a 可以看出：在 26.6毅，12.1毅处分别检测 到石墨的（002）晶面和氧化石墨烯的（001）晶面的特 征衍射峰，而石墨烯凝胶在 12.1毅 处的衍射峰消失。 这说明在水热过程中氧化石墨烯完全被还原，同时， 其在 26.6毅处的衍射峰弱且宽，说明该材料的石墨烯 片层之间不是整齐地层层排列，而是随机地、相互交 联地组成三维多孔结构。
采用 Arbin BT 2000 型电化学工作站（美国阿滨
第一作者简介：瞿静 女 1982 年生 本科 工程师 主要从事沥青深加工方面的研究
第8期
瞿静等：石墨烯气凝胶的结构控制及其电化学性能
·15·
公司）对扣电进行循环伏安测试、恒流充放电测试和 倍率性能测试。
2 结果与讨论
2.1 氧化石墨烯水溶液的质量浓度对石墨烯气凝 胶结构的影响 反应条件设置为 180 益、12 h，所得石墨烯气凝
本研究首先采用水热法制取得到石墨烯气凝 胶，然后对其用作锂离子电池负极材料进行了初探，
考察了其电化学性能。
1 实验部分
1.1 石墨烯气凝胶的制备 采用 Hummer 法，以石墨作为原料，制取得到样
品———氧化石墨烯（GO），取 100 mg 氧化石墨烯粉 末于 100 mL 烧杯中，量取一定量的蒸馏水配 成 0.5~2.0 mg/mL 的氧化石墨烯分散液，将烧杯口密 封，同时置入超声仪中进行超声震荡（此过程需保证 超声仪中水温不超过 15 益）；超声分散 1 h 后，取出 在室温下搅拌 30 min；将前述步骤制得的溶液倒入 80 mL 的水热反应釜中，180 益下反应 6~24 h；待反 应结束后，整体冷却至室温，将样品取出并冷冻干燥 48 h，即可得到实验成品— ——石墨烯气凝胶。 1.2 材料的分析表征
石墨烯基气凝胶
石墨烯基气凝胶
石墨烯基气凝胶是一种新型多孔材料，由石墨烯片层通过物理或化学方法交联构成。
石墨烯是一种由碳原子组成的二维晶体材料，具有极高的比表面积、优异的导电性和导热性等特点。
石墨烯基气凝胶具有以下特点和应用：
1. 高比表面积：石墨烯基气凝胶具有非常高的比表面积，可达到几百到上千平方米/克，因此具有出色的吸附性能，能够吸
附大量气体分子和有机物质。
2. 优异的导电性：石墨烯具有优异的导电性，当其用于气凝胶制备时，可以维持材料的导电性。
3. 轻质且具有强度：石墨烯基气凝胶由于其多孔结构，非常轻盈，同时具有一定的力学强度，可应用于轻质结构材料。
4. 热稳定性：石墨烯基气凝胶具有较好的热稳定性，能够在高温环境下保持结构的稳定性。
5. 可调控孔径和孔隙度：通过控制制备过程和方法，可以调控石墨烯基气凝胶的孔径和孔隙度，以满足不同应用需求。
石墨烯基气凝胶在吸附分离、催化剂载体、能源存储等领域具有广泛应用。
例如，石墨烯基气凝胶可以作为高效的吸附材料，用于有害气体的捕集和储存；可以作为催化剂的载体，提高催化反应的效率和选择性；还可以作为超级电容器或锂离子电池的电极材料，提高能源存储的性能。
此外，石墨烯基气凝胶还具有良好的机械稳定性和热稳定性，因此在轻质结构材料和高温环境下的应用也具有很大潜力。
气凝胶物理化学性能参数
气凝胶性能参数百科：最早由美国科学工作者Kistler在1931年制得（硅气凝胶）。
气凝胶的结构特征是拥有高通透性的圆筒形多分枝纳米多孔三位网络结构，拥有极高孔洞率、极低的密度、高比表面积、超高孔体积率，其体密度在0.003-0.500 g/cm3范围内可调。
（空气的密度为0.00129 g/cm3）。
气凝胶内含大量的空气，典型的孔洞线度在l—l00纳米范围，孔洞率在80%以上，是一种具有纳米结构的多孔材料。
是目前已知的最轻的固体材料，也是迄今为止保温性能最好的材料。
1、低密度：气凝胶中一般80%以上是空气，是世界上密度最小的固体，密度为3.55kg/m3，为空气的2.75倍,干燥松木（500千kg/m3）的1/140。
最轻的硅气凝胶仅有0.16mg/cm3，仅是空气密度的1/6。
2、绝热：可以承受相当于自身质量几千倍的压力，在温度达到1200摄氏度时才会熔化，最高能承受1400摄氏度的高温，绝热能力比最好的玻璃纤维还要强39倍。
固态热导率比相应的玻璃态材料低2—3个数量级。
纳米微孔洞抑制了气体分子对热传导的贡献，硅气凝胶的折射率接近l，而且对红外和可见光的湮灭系数之比达100以上，能有效地透过太阳光，并阻止环境温度的红外热辐射。
通过掺杂的手段，可进一步降低硅气凝胶的辐射热传导，常温常压下掺碳气凝胶的热导率可低达0．013w/m·K，是目前热导率最低的固态材料，可望替代聚氨脂泡沫（0.022～0.033w/m·K，705于经理提供的数据为0.029w/m·K，芳纶蜂窝0.086w/m·K，夹层芳纶蜂窝0.084w/m·K）。
掺入二氧化钛可使硅气凝胶成为新型高温隔热材料，800K时的热导率仅为0．03w/m·K，作为军品配套新材料将得到进一步发展。
其他方面：1、低声速特性：是一种理想的声学延迟或高温隔音材料，声阻抗可变范围较大(103—107 kg/m2·s)，是一种较理想的超声探测器的声阻耦合材料。
高导电率石墨烯气凝胶的合成
高导电率石墨烯气凝胶的合成本文介绍了可以表现出高的电导性和大的内部表面积的片状石墨烯的超低密度三维聚合物的合成。
这种材料的制备是以单层石墨烯氧化物为基础，用有机溶胶-凝胶进行化学交联各个片材的悬浮单片固体，将所得的凝胶进行超临界干燥，然后加热还原，得到的石墨烯气凝胶的密度接近10毫克/立方厘米。
对比利用氧化石墨烯之间的物理交联的方法，这种方法提供了石墨烯片之间的共价碳键合。
这些石墨烯气凝胶表现出在超过2个数量级相比，石墨烯组件与物理单独交联体积电导率的改善。
石墨烯气凝胶还具有大的表面积（584平方米/ g）和孔体积（2.96g厘米3 /克），使得这些材料可以在中能量存储，催化用途，和感测领域应用。
下面介绍制造具有高电传导性和大表面积的超低密度石墨烯气凝胶的独特方法。
在制造显示出这样性质的聚合物一个关键方面是石墨烯片，将两个结构上加强组件，并提供各个片之间的导电互连之间的结处的形成。
本文介绍的方法是利用碳石墨烯片编织在一起成为一个宏观的三维结构。
这种方法产生的单片石墨烯结构具有低的密度（接近10毫克/毫升）和电导率大于所报道的与物理交联形成三维石墨组件2个数量级。
此外，石墨烯气凝胶具备比报道的质量非常高的二维石墨烯片还大的表面积。
这些材料是通过共价碳交联的形成组装之间的CNT束使用有机溶胶- 凝胶的化学反应制得的。
有机溶胶化学涉及的聚合有机前体，当有机前体加入到碳纳米管的悬浮液，聚合主要发生在碳纳米管，既涂束和形成相邻束之间的交界处。
在干燥和热解中，有机涂层转化成碳，得到的CNT气凝胶。
本文提出的石墨烯气凝胶用类似的方法制成。
在这种情况下，氧化石墨烯用于制备初始悬浮液中，而有机交联和氧化石墨烯的热还原到石墨烯的碳化同时发生在热解。
石墨烯气凝胶进行合成由间苯二酚溶胶- 凝胶聚合（R）和甲醛（F），用碳酸钠作为催化剂（C）中的水悬浮液氧化石墨烯。
氧化石墨烯由Hummers方法利用超声制备悬浮液。
R和F的摩尔比为1：2，在起始混合物中的反应物的浓度为4％（重量）的RF固体，氧化石墨烯的悬浮液中的浓度为1％（重量）。
气凝胶等级
气凝胶等级
气凝胶等级主要分为超低导热系数气凝胶、低导热系数气凝胶、中导热系数气凝胶和高导热系数气凝胶，这些等级的主要区别在于其导热系数不同，应用的领域和功能也有所差异。
* 超低导热系数气凝胶：导热系数小于10mW/mK，如复合气凝胶板。
这种气凝胶在建筑隔热领域中应用越来越广泛，其超低导热性能能够满足建筑节能要求，并且该材料具有优异的隔音效果。
* 低导热系数气凝胶：导热系数在10-20mW/mK之间，如硅酸盐纤维板。
* 中导热系数气凝胶：导热系数在20-30mW/mK之间，如石墨气凝胶。
* 高导热系数气凝胶：导热系数在30-50mW/mK之间，如锆基气凝胶。
请注意，对于气凝胶的污染等级，主要分为A级、B级和C级，其中A级排放浓度符合国家规定限值要求，无需特别控制；B级排放浓度超过国家规定限值要求，需要进行烟气治理；C级排放浓度严重超过国家规定限值要求，需要进行综合治理，采取污染物回收和再利用等措施。
气凝胶的15个吉尼斯记录
气凝胶的15个吉尼斯记录（原创版）目录1.气凝胶的概述2.气凝胶的吉尼斯记录种类3.气凝胶的特点4.气凝胶的应用领域5.气凝胶的未来发展前景正文气凝胶是一种新型的高科技材料，它具有低密度、高孔隙度、低热导率等优异性能，因此被广泛应用于各个领域。
气凝胶由于其独特的性质，已经创造了 15 个吉尼斯世界纪录，下面我们将详细介绍这些记录。
1.气凝胶的概述气凝胶是一种由纳米级颗粒组成的多孔材料，它具有良好的绝热性能、低热导率和低密度。
气凝胶的主要成分是硅、氧、碳等元素，它具有很高的孔隙度，可以达到 90% 以上。
2.气凝胶的吉尼斯记录种类气凝胶目前保持着 15 个吉尼斯世界纪录，包括以下记录：(1) 最轻的固体材料：气凝胶的密度非常低，最低可以达到 0.16mg/cm3，因此被认为是世界上最轻的固体材料。
(2) 最高的孔隙度：气凝胶的孔隙度可以达到 90% 以上，因此具有非常好的绝热性能。
(3) 最低的热导率：气凝胶的热导率非常低，可以低至 0.013 W/m·K，因此被广泛应用于绝热材料。
(4) 最长的使用寿命：气凝胶具有非常长的使用寿命，可以长达 20 年以上。
(5) 最高的吸附能力：气凝胶具有非常高的吸附能力，可以吸附大量的气体和液体。
3.气凝胶的特点气凝胶具有以下特点：(1) 低密度：气凝胶的密度非常低，可以低至 0.16 mg/cm3。
(2) 高孔隙度：气凝胶的孔隙度可以达到 90% 以上。
(3) 低热导率：气凝胶的热导率非常低，可以低至 0.013 W/m·K。
(4) 耐高温：气凝胶可以耐受高温，最高可以达到 1200℃。
(5) 耐腐蚀：气凝胶具有很好的耐腐蚀性能，可以抵抗各种化学物质的侵蚀。
4.气凝胶的应用领域气凝胶由于其优异的性能，被广泛应用于各个领域，包括：(1) 绝热材料：气凝胶具有非常好的绝热性能，因此被广泛应用于建筑、家电等领域。
(2) 吸附材料：气凝胶具有非常高的吸附能力，因此被广泛应用于吸附气体和液体。
石墨烯气凝胶吸波材料
石墨烯气凝胶吸波材料石墨烯气凝胶是一种新型的吸波材料，具有广泛的应用前景。
本文将从石墨烯气凝胶的制备、结构特点和吸波性能等方面进行介绍，并探讨其在电磁波吸波领域的应用前景。
石墨烯气凝胶是由石墨烯纳米片层通过化学还原和凝胶化等方法制备而成的一种多孔结构材料。
石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体材料，具有优异的导电性、热导性和力学性能等特点。
通过对石墨烯进行化学修饰和纳米材料的加入，可以调控石墨烯气凝胶的孔隙结构和物理化学性质，从而实现对特定波段电磁波的吸收。
石墨烯气凝胶的结构特点是其具有高比表面积和多孔结构。
石墨烯纳米片层之间存在大量的孔隙，使得石墨烯气凝胶具有很高的比表面积。
这种特殊的结构使得石墨烯气凝胶能够有效地吸收和散射电磁波，从而实现对电磁波的吸波效果。
石墨烯气凝胶的吸波性能主要取决于其结构特点和成分组成。
石墨烯气凝胶中的石墨烯纳米片层能够有效地吸收电磁波，并将其转化为热能。
同时，石墨烯气凝胶中的纳米材料能够增强电磁波的吸收效果。
因此，通过调控石墨烯气凝胶的成分比例和结构特点，可以实现对特定波段电磁波的高效吸收。
石墨烯气凝胶在电磁波吸波领域具有广泛的应用前景。
首先，石墨烯气凝胶可以应用于电磁波屏蔽材料的制备。
石墨烯气凝胶具有高比表面积和多孔结构，能够有效地吸收电磁波，并将其转化为热能。
因此，将石墨烯气凝胶应用于电磁波屏蔽材料的制备，可以实现对电磁波的有效屏蔽，保护电子设备的安全。
石墨烯气凝胶还可以应用于雷达吸波材料的制备。
雷达吸波材料是一种能够吸收雷达波并将其转化为热能的材料。
石墨烯气凝胶具有优异的导电性和热导性，能够有效地吸收雷达波，并将其转化为热能。
因此，将石墨烯气凝胶应用于雷达吸波材料的制备，可以提高雷达系统的性能和隐身能力。
石墨烯气凝胶还可以应用于无线通信领域。
随着无线通信技术的发展，电磁波对人体健康的影响越来越受到关注。
石墨烯气凝胶具有高效的电磁波吸收能力，可以有效地减少无线通信设备对人体的辐射。
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石墨烯气凝胶导热系数
石墨烯气凝胶是一种新兴的纳米材料，拥有出色的导热性能。
导
热系数是衡量材料导热能力的重要指标之一，石墨烯气凝胶的高导热
系数使其在热管理、能源转化和电子器件等领域具有广阔的应用前景。
石墨烯是由单层碳原子形成的二维材料，具有优异的电子、光学
和热学性能。
通过加工处理，石墨烯可以形成气凝胶结构，即纳米颗
粒的三维网络结构。
这种新型结构保留了石墨烯的一些优秀性能，并
且显著提升了导热能力。
石墨烯气凝胶具有极低的密度和高比表面积，这使其成为理想的
热绝缘材料。
由于其独特的结构，石墨烯气凝胶能够阻碍热的传播，
有效地减少热能的损失。
因此，石墨烯气凝胶在隔热保温领域具有广
泛的应用。
例如，在建筑材料中添加石墨烯气凝胶可以显著提高墙体、屋顶等部位的隔热性能，减少能源消耗。
此外，石墨烯气凝胶还可以应用于高效能源转化器件中。
传统的
能量转化器件，如锂离子电池、太阳能电池等，常常会因为高温导致
能量损失。
而石墨烯气凝胶的高导热系数可以迅速将热量从器件中传
递出去，降低温度，提高能量转化效率。
因此，将石墨烯气凝胶应用
于能源转化器件中，不仅可以增强其性能，还可以延长其使用寿命。
此外，石墨烯气凝胶在电子器件领域也表现出了巨大的潜力。
随
着电子器件的微型化和功率的不断提高，热散热成为一个不容忽视的
问题。
石墨烯气凝胶因其高导热系数而成为理想的散热材料。
将石墨
烯气凝胶作为散热材料，可以有效地降低电子器件的温度，提高其稳
定性和可靠性。
同时，石墨烯气凝胶还可以减少电子器件的体积和重量，使得电子设备更加轻薄便携。
综上所述，石墨烯气凝胶具有出色的导热性能，为热管理、能源
转化和电子器件等领域带来了全新的解决方案。
石墨烯气凝胶的研究
与应用，不仅在科技创新方面具有重要意义，还对提高能源利用效率、保护环境和改善人类生活质量具有重要意义。
预计在未来的发展中，
石墨烯气凝胶将会进一步得到优化和改进，拥有更加广泛的应用前景。
通过深入研究和技术创新，石墨烯气凝胶必将成为推动科技发展和社
会进步的重要力量。