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2023-04-14

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什么是石墨烯氣凝膠

　　石墨烯氣凝膠，分開解讀的話，其一是石墨烯，由于碳包含四個價電子，這使其有可能以其他方式與其他碳原子結(jié)合。這些不同的物理表現(xiàn)形式稱為同素異形體。金剛石就是碳的同素異形體，石墨烯是碳的另一種同素異形體。與金剛石三維立體結(jié)構(gòu)不同，石墨烯實際上是二維的。它只有一個碳原子那么厚。石墨烯是當(dāng)今已知最堅固的材料。另一方面，石墨實際上是多片石墨烯。石墨在普遍使用的鉛筆中被普遍稱為“鉛”。由于這些薄板僅通過弱原子力“結(jié)合”在一起，因此它們傾向于相互滑動，從而使結(jié)構(gòu)相對較弱。

　　另一部分就是氣凝膠。凝膠由懸浮在液體中的少量固體組成。當(dāng)用空氣代替液體時，空氣被捕集在非常緊密的袋中被捕獲在由剩余固體材料形成的網(wǎng)絡(luò)中。因此，氣凝膠由凝膠的固體部分加空氣組成因此得名。它們是固體，并且由于它們主要是空氣，因此它們的重量比空氣重得多。在它們的特性中，氣凝膠是出色的絕熱材料。這是因為它們主要由空氣組成，而空氣本身就是不良的熱導(dǎo)體，更重要的是，由于空氣被固體網(wǎng)絡(luò)捕獲并且無法循環(huán)。

　　一旦許多石墨烯片被充氣孔隔開，就會變成石墨烯氣凝膠。

石墨烯氣凝膠的性質(zhì)

　　具有高彈性、強吸附、低密度、大比表面的特點，被稱之為“碳海綿”石墨烯氣凝膠，體現(xiàn)了宏觀尺度下石墨烯的優(yōu)異性能，其結(jié)構(gòu)由石墨烯片層三維搭接、組裝形成，具有三維連續(xù)多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，繼承了石墨烯和氣凝膠高比表面積、高孔隙率、高電導(dǎo)率以及良好的熱導(dǎo)率和機械強度等優(yōu)點，在能源存儲、傳感、吸附、熱界面材料等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。

? ? ??石墨烯氣凝膠是一種輕質(zhì)的固體材料，其密度僅為每立方厘米0.16毫克，比氦氣還要輕，約是同體積大小氫氣重量的兩倍。將其放置花朵的花蕊上，花蕊都不會發(fā)生形變。

石墨烯氣凝膠的用途

制作電池

被稱為鋰硫（LI-S）電池的新型鋰基電池，是一個例子。這主要是由于石墨烯氣凝膠吸收液體的巨大能力。該屬性將適用于“陰極電解液”溶液，該溶液與電池的鋰陽極相互作用。盡管鋰硫電池仍處于早期開發(fā)階段，但每千克電池重量可存儲1到1.5千瓦時，遠遠超過當(dāng)前鋰離子電池的0.350千瓦時極限。

凈化淡水

中國湖北大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出一種使用石墨烯氣凝膠凈化水或淡化水的方法。其結(jié)果表明，在模擬陽光下，石墨烯氣凝膠會聚集陽光，將水加熱到45°C。如所述，石墨烯氣凝膠按重量計超過99％，使得材料高度多孔。多孔結(jié)構(gòu)將蒸汽抽離地面。蒸汽全部為水，不含鹽或原始水中存在的任何污染物。

石墨烯氣凝膠的發(fā)展方向

目前看來，石墨烯氣凝膠的發(fā)展方向在于航空航天領(lǐng)域。斯坦福大學(xué)航空與航天學(xué)助理教授黛比·塞涅斯基領(lǐng)導(dǎo)著一個團隊，該團隊將準(zhǔn)備在國際空間站上進行的一系列石墨烯氣凝膠實驗。憑借其獨特的特性，無論是在地球上還是在太空中，它都是無價之寶，石墨烯氣凝膠很可能在太空中制造最為成功。隨著制造基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展超出地球范圍，石墨烯氣凝膠的制造可能是太空工業(yè)的開端。

參考資料

石墨烯——百度百科

氣凝膠——百度百科

關(guān)于石墨烯氣凝膠，你應(yīng)該知道的 5 件事——知乎

石墨烯氣凝膠簡介——廈門大學(xué)國內(nèi)合作辦公室

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