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复旦大学卢红斌课题组在碳泡沫材料研究最新进展!
出处:材料分析与应用  录入日期:2022-09-29  点击数:493

  碳泡沫材料( CFs )具有高导电性、低密度、化学/热惰性等优异性能,已在各个领域得到应用。然而,以工业可利用和环境友好的方式构建具有理想结构和骨架晶格完整性的CFs仍然是一个关键挑战。基于毛细管力,我们提出了一种液相缝合法,通过化学膨胀直接由鳞片石墨构建CFs。构筑得到的石墨烯泡沫很好地继承了鳞片石墨无缺陷的高结晶性,导致CFs中形成了高导电通路。因此,CFs在极低的面密度(2.0 mg cm-2)下表现出112 dB的高性能电磁干扰屏蔽效能。我们的方法具有经济效率和可扩展性,对CFs的实际工业应用前景广阔。

 

 图1 . CF的制备过程


  本项工作的研究要点:
  1. 采用过氧化物在石墨层间的分解反应,由鳞片石墨膨胀得到了具有蜂窝状结构的石墨烯蠕虫;并由此制备出一种无缺陷石墨烯构成的高导电碳泡沫。其组装过程存在以下特征:(1)蠕虫在膨胀过程中裹挟大量气泡。在浮力作用下,蠕虫石墨上浮至气液界面并发生紧密取向排列;(2)通过加入引起GIC退阶的溶剂,使得相邻蠕虫间生成作用结点,从而得到宏观三维网络。

 

  图2 . ( a-j )玻璃烧杯中碳泡沫形成过程。 (k)气泡排出过程中膨胀液被吸入蠕虫内部的示意图。(l-m)蠕虫组装示意图:(左)长蠕虫易发生搭接,阻碍了取向的发生;(右)初生的短蠕虫则易于取向。
  2. 由于石墨烯本身的高结晶结构和碳泡沫中丰富的结点,CFs表现出优异的导电性和电磁屏蔽性能。CFs中石墨烯结构单元丰富、结晶度高的优势体现在其良好的EMI屏蔽性能(56000 dB cm2 g-1 , SET = 112 dB)以及CFs压缩后致密薄膜的机械、电学和热导率的提高。这种方便、低成本的方法为CFs的真正工业应用展示了希望。此外,这种液相缝合法也许是一种多用途的方法,可以用于类似层状结构的基体材料,如MoS2和MXene等,制备对应的三维网络。

 

图3. CFs电磁屏蔽机制及性能


  以上成果以Article的形式发表于Chemistry of Materials上。Jiaxi Zeng, Xiaoli Zhao*, and Hongbin Lu*. Highly Crystalline Graphene Foams Based on Capillarity and Deintercalation Sewing. 该论文的第一作者是本课题组的硕士生曾佳熙,共同通讯作者为同济大学材料与工程学院赵晓莉教授和复旦大学高分子科学系卢红斌教授。

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