近日，中科院金屬研究所沈陽材料科學國家(聯(lián)合)實驗室成會明、任文才帶領(lǐng)研究團隊在石墨烯三維體材料的宏量制備和應(yīng)用方面取得重要突破。相關(guān)研究成果于4月10日在《自然材料》上在線發(fā)表，并在4月14日出版的《自然》雜志上作為研究亮點予以介紹。
　　
　　科研人員制備出具有三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的泡沫狀石墨烯體材料，該材料不僅具有極低的密度、極高的孔隙率和高比表面積，而且還具有石墨烯優(yōu)異的電學、熱學、力學性能，拓展了石墨烯的物性和應(yīng)用空間，為石墨烯在柔性導電、導熱、熱管理、電磁屏蔽、吸波、催化、傳感及儲能材料等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　
　　最近，化學氣相沉積(CVD)方法的迅速發(fā)展，極大促進了大面積高質(zhì)量石墨烯的制備及其在透明導電薄膜方面的應(yīng)用。但是，目前CVD方法多以銅箔、鎳膜等平面型金屬作為生長基體，只能得到二維平面的石墨烯薄膜，雖然適于納電子器件和透明導電薄膜的應(yīng)用，但難以滿足復合材料、儲能材料等宏量應(yīng)用的要求。
　　
　　研究人員采用兼具平面和曲面結(jié)構(gòu)特點的泡沫金屬作為生長基體，利用CVD方法制備出具有三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的泡沫狀石墨烯體材料。研究發(fā)現(xiàn)，這種石墨烯體材料完整地復制了泡沫金屬的結(jié)構(gòu)，石墨烯以無縫連接的方式構(gòu)成一個全連通的整體，具有優(yōu)異的電荷傳導能力、850立方米/克的比表面積、99.7%的孔隙率和5毫克/立方厘米的極低密度。并且，這種方法可控性好，易于放大，通過改變工藝條件可以調(diào)控石墨烯的平均層數(shù)、石墨烯網(wǎng)絡(luò)的比表面積、密度和導電性。采用基體卷曲的方法，研究人員可制備出170×220平方毫米及更大面積的石墨烯泡沫材料。
　　
　　基于石墨烯泡沫獨特的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，科研人員采用原位聚合的方法制備出石墨烯泡沫/硅橡膠復合材料，發(fā)現(xiàn)在石墨烯添加量重量百分比僅為0.5的條件下，復合材料的電導率可達10秒/厘米，比基于化學氧化剝離法制備的相同添加量的石墨烯復合材料的電導率，提高了6個數(shù)量級，也高于基于高質(zhì)量碳納米管的復合材料的電導率。而且，這種復合材料具有很好的柔韌性和穩(wěn)定性，在彎折和拉伸等條件下僅有很小的電阻變化(如50%拉伸應(yīng)變條件下的電阻變化<30%)，在應(yīng)力釋放后可迅速恢復其原有形貌和電阻值，因此是一種理想的彈性導體材料，在柔性顯示器、可穿戴式移動通訊設(shè)備和人造皮膚等柔性電子方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　
　　研究團隊提出的以多孔金屬作為生長基體是石墨烯CVD生長的一條新思路，可實現(xiàn)高質(zhì)量石墨烯的大量制備，也為具有特定結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用的石墨烯三維體材料的制備提供了一個基本策略。該研究得到了國家自然科學基金和中科院的支持。