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石墨烯源在怪异的面内蜂窝状晶格布局和sp2杂化碳原子，经由过程异常强的碳-碳键键合，表示出显著的各向异性电学、机械学和热学机能。为了最年夜限度地操纵石墨烯的面内特征，已设计了预构建和对齐的布局，例如取向气凝胶、薄膜和纤维。高度摆列的石墨烯气凝胶具有取向布局、高概况积、优良的导电性、机械不变性、导热性和多孔性的怪异组合，可以在特定标的目的上定制和加强机能，从而在分歧范畴获得前进。

本文，北京科技年夜学****伍英、中国香港中文年夜学（深圳）理工学院郑庆彬 助理传授、北京化工年夜学材料科学与工程学院在中振 传授等在《Nano-Micro Lett》期刊颁发名为“Highly Aligned Graphene Aerogels for Multifunctional Composites”的论文，综述了高度摆列的石墨烯气凝胶和其复合材料的最新进展。它重点介绍了取向石墨烯气凝胶的制备方式和取向优化，可以从定性和定量长进行估量。定向支架付与石墨烯气凝胶和其复合材料各向异性特征，在牺牲垂直标的目的的环境下，沿摆列显示出加强的电学、机械和热学特征**。综述了石墨烯气凝胶和其复合材料的出色机能和利用，例如它们在电子、情况利用、热治理和储能方面的合用性。提出了挑战和潜伏机缘，为该材料的前景供给了新的看法。**

2图文导读

石墨烯气凝胶的制备

为了制造高度摆列的石墨烯气凝胶，研究人员开辟了几种合成方式，如图1所示。

（i）定向冷冻锻造方式触及以受控体例冷冻石墨烯分离体。冰晶充任模板，在冷冻锻造进程中强迫对齐。定向冻结可以切确节制瞄准标的目的和复杂的布局，同时需要细心节制冻结前提。经由过程定向冷冻锻造摆列的石墨烯气凝胶的形态高度依靠在温度梯度的标的目的和强度。

（ii）自组装手艺操纵了GO液晶（LC）固有的取向特征，当GO片悬浮在溶剂中并因为其各向异性特征而自觉摆列时构成。这是一种可能年夜范围制备石墨烯气凝胶的简单方式，而远距离取向是坚苦的。

（iii）剪切引诱取向依托机械力来对齐石墨烯片。经由过程使GO色散遭到剪切力（例如扭转或振荡剪切力），片材沿活动标的目的对齐。强迫装配一般与水热处置相连系，以连结瞄准。剪切引诱瞄准是可扩大且直接的，由于它不需要专门的模板，而实现瞄准水平和标的目的的切确节制具有挑战性。

图1、高度摆列石墨烯气凝胶制备利用最普遍的手艺总结

2.2 各向异性

组成石墨烯晶格的碳原子经由过程稳健的共价键扑朔迷离地毗连，构成弹性的二维布局框架。因为原子布局和键合，石墨烯表示出固有的各向异性，这致使高度摆列的石墨烯气凝胶中具有各向异性。当石墨烯片在气凝胶布局内摆列时，石墨烯性质的标的目的依靠性延长到气凝胶布局。石墨烯特征固有的这类标的目的依靠性与气凝胶的交叉在一路，从而付与了特定标的目的的品质。因为瞄准，气凝胶的机械、电气、热、传输、EMI 屏障和其他特征沿分歧标的目的遭到显著影响。

图2、高度取向石墨烯气凝胶和其复合材料的各向异性机能

3**小结 **

总之，本综述重点介绍了高度摆列的石墨烯气凝胶和其复合材料的最新进展，强调了其怪异的布局特点、表征、机能和潜伏利用。借助定向冷冻锻造手艺、GO LC 先驱体的自组装和机械剪切，制备出了具有高度定向壁和多孔通道的石墨烯气凝胶。操纵扫描电子显微镜不雅察、扫描电子显微镜图象的取向散布阐发、偏振拉曼光谱和 X 射线散射，可以对石墨烯构件的摆列进行定性和定量阐发。有序摆列的石墨烯气凝胶充实操纵了二维石墨烯薄片显著的面内机械、电学和热学特征，在机械、电学、热传输和电磁干扰屏障特征方面表示出各向异半岛体育性（沿特定标的目的的机能更好，而牺牲了横向标的目的的机能）。对齐支架具有超弹性、超紧缩性和抗疲惫性，使对齐石墨烯气凝胶成为压力和紧缩应变压电传感的抱负材料。石墨烯气凝胶和其复合材料的各向异性导热性使其可用在各类与热有关的利用，如太阳能热能传输/存储、太阳能蒸汽、热导体和热绝缘体。高度摆列的石墨烯基气凝胶中定向多孔通道的毛细管效应使其在有机溶剂/油接收方面年夜有可为。另外，它们在电化学装配和电磁干扰屏障等利用中也表示出优势。首要挑战和可能的解决方案以下：

(i) 高度配向石墨烯气凝胶范畴的首要挑战之一是开辟可扩大、可节制和具有本钱效益的制造手艺，以靠得住地实现和连结所需的配向程度。固然在对齐布局的制造方面已获得了重猛进展，但很多现有手艺在可扩大性和本钱效益方面遭到限制，阻碍了它们在更年夜规模内的现实利用。延续的研究工作偏重在优化制造工艺和摸索立异方式，如多步调工艺或连系分歧配准方式的夹杂手艺，这些都是有进献的。采取机械人系统和主动化质量节制进行切确处置、配准和组装进程，也能提高效力、下降劳动力本钱并提高可反复性。

(ii)GO 悬浮液今朝被用作制造石墨烯气凝胶的先驱体，但还原进程凡是触及刻薄的化学处置或高温退火，这对部门恢复石墨烯的优良特征是需要的。这就限制了石墨烯气凝胶产物的整体质量和年夜范围制造。开辟高质量、年夜尺寸的石墨烯构件和有用的功能化手艺，以确保杰出的分离性和兼容性，为推动摆列整洁的石墨烯气凝胶带来了庞大但愿。改良剥离参数以削减缺点、最年夜化横向尺寸并更好地节制层数，可取得具有所需特征的石墨烯薄片。用化学基团或功能份子对石墨烯薄片的特定区域进行选择性功能化（例如，功能化石墨烯边沿和结晶杰出的平面），可提高石墨烯的分离性、不变性和与各类基质的相容性，同时将石墨烯的优良内涵特征连结在最高程度，有益在进一步加强摆列整洁的石墨烯气凝胶基材料。

(iii) 整合高配位石墨烯气凝胶基材料的多功能性 经由过程整合多功能性来出产一体化器件是增进其现实利用的有用路子之一。经由过程在单一材料或器件中集成多种功能，可以更高效、更有用地解决普遍的利用问题。高度摆列的石墨烯气凝胶具有怪异的机能，如高比概况积、优良的机械强度、各向异性的热导率和电机能，是以是多功能集成的抱负候选材料。例如，在对齐石墨烯气凝胶材猜中集成传感和致动功能。将传感元件集成到气凝胶布局中，可用在应变或压力传感利用。另外，配向石墨烯气凝胶还具有优良的机械机能，可作为致动器材料对温度或湿度转变等外部刺激做出响应。这些多功能材料可以在智能布局、机械人和可穿着装备中找到利用。 审核编纂：刘清

原文题目：北京科技年夜学：综述！高度摆列石墨烯气凝胶，用在多功能复合材料最新进展

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