固體直接發泡是制備多孔材料最有效的方法。然而，由于強烈的界面相互作用使得固體的可塑性被壓制，這理想的發泡法無法制備納米顆粒氣凝膠。在這里，發明了一種溶致塑化發泡法，將固態氧化石墨烯直接轉化為氣凝膠塊體和微陣列，取代了常用的冷凍方法。水分子的插入使固態氧化石墨塑化，使直接發泡而不是災難性破碎。氣泡的形成遵循一般結晶規則，納米級精確控制細胞壁厚8nm。氣泡團簇形成緊密搭接的雙曲面結構，并呈現出超強機械穩定性，具有抗極端變形能力。利用石墨烯氣凝膠制作具有超靈敏和超穩定性的觸覺微陣列傳感器，在人工智能觸摸識別方面，其精度高達80%，優于人手的觸覺靈敏度（30%）。
Figure 1. 溶致塑化發泡石墨烯氣凝膠的制備及機理。（A）溶致塑化發泡的過程。（B）氧化石墨烯中水分子的插入實現片層塑化。（C）隨著氣泡的成核與生長氧化石墨烯片緩慢的發生塑化滑移形變，直至穩定。（D）形成緊密搭接的雙曲面石墨烯氣凝膠。（E）石墨烯氣凝膠的掃描形貌圖及氣泡結構模型圖。
Figure 2. 氣泡的成核與生長及結構控制。（A）通過光學顯微鏡原位觀察了溶致塑化發泡過程中氣泡變化。（B）氣泡在成核和生長過程中的形貌圖及示意圖。（C）氣泡成核密度（Nn）與石墨烯氣凝膠壁厚（T）的關系。（D）壁厚隨著氣泡成核密度增加而降低的示意圖。（E）氣泡生長時間（t）與所得氣凝膠的密度（ρ）的關系。
Figure 3. 溶致塑化發泡石墨烯氣凝膠的機械穩定性。（A）將大塊石墨烯氣凝膠反復折疊壓縮進入到一個細長彎管中，氣凝膠結構未遭到破壞且未出現明顯的碎屑脫落。（B）石墨烯氣凝膠在90%的應變下經過105次循環的壓縮應力應變曲線。（C）石墨烯氣凝膠壓縮循環性能與的文獻中的性能進行對比。（D-G）拉伸、剪切、彎曲、撕裂過程的力學曲線對比。
Figure 4. 高靈敏度的石墨烯氣凝膠。（A）石墨烯氣凝膠傳感器的結構及SEM圖。（B）傳感器的壓阻變化曲線。（C）傳感器的壓阻疲勞穩定性。（D）所制備的傳感器與文獻對比。（E）將傳感器固定于機械手上進行超輕碳氣凝膠密度的識別。（F）壓縮距離和阻力關系的擬合曲線，確定密度。
相關研究工作由浙江大學高超教授和許震研究員課題組（第一作者是龐凱博士）于2020年發表在Science Advances期刊上。原文：Hydroplastic foaming of graphene aerogels and artificially intelligent tactile sensors。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
.jpg)
