本报讯 近日，中科院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室成会明、任文才带领研究团队在石墨烯三维体材料的宏量制备和应用方面取得重要突破。相关研究成果于4月10日在《自然材料》上在线发表，并在4月14日出版的《自然》杂志上作为研究亮点予以介绍。

 

科研人员制备出具有三维连通网络结构的泡沫状石墨烯体材料，该材料不仅具有极低的密度、极高的孔隙率和高比表面积，而且还具有石墨烯优异的电学、热学、力学性能，拓展了石墨烯的物性和应用空间，为石墨烯在柔性导电、导热、热管理、电磁屏蔽、吸波、催化、传感及储能材料等领域的应用奠定了基础。

 

最近，化学气相沉积（CVD）方法的迅速发展，极大促进了大面积高质量石墨烯的制备及其在透明导电薄膜方面的应用。但是，目前CVD方法多以铜箔、镍膜等平面型金属作为生长基体，只能得到二维平面的石墨烯薄膜，虽然适于纳电子器件和透明导电薄膜的应用，但难以满足复合材料、储能材料等宏量应用的要求。

 

研究人员采用兼具平面和曲面结构特点的泡沫金属作为生长基体，利用CVD方法制备出具有三维连通网络结构的泡沫状石墨烯体材料。研究发现，这种石墨烯体材料完整地复制了泡沫金属的结构，石墨烯以无缝连接的方式构成一个全连通的整体，具有优异的电荷传导能力、850立方米/克的比表面积、99.7%的孔隙率和5毫克/立方厘米的极低密度。并且，这种方法可控性好，易于放大，通过改变工艺条件可以调控石墨烯的平均层数、石墨烯网络的比表面积、密度和导电性。采用基体卷曲的方法，研究人员可制备出170×220平方毫米及更大面积的石墨烯泡沫材料。

 

基于石墨烯泡沫独特的三维网络结构，科研人员采用原位聚合的方法制备出石墨烯泡沫/硅橡胶复合材料，发现在石墨烯添加量重量百分比仅为0.5的条件下，复合材料的电导率可达10秒/厘米，比基于化学氧化剥离法制备的相同添加量的石墨烯复合材料的电导率，提高了6个数量级，也高于基于高质量碳纳米管的复合材料的电导率。而且，这种复合材料具有很好的柔韧性和稳定性，在弯折和拉伸等条件下仅有很小的电阻变化（如50%拉伸应变条件下的电阻变化<30%），在应力释放后可迅速恢复其原有形貌和电阻值，因此是一种理想的弹性导体材料，在柔性显示器、可穿戴式移动通讯设备和人造皮肤等柔性电子方面具有广阔的应用前景。

 

研究团队提出的以多孔金属作为生长基体是石墨烯CVD生长的一条新思路，可实现高质量石墨烯的大量制备，也为具有特定结构、性能和应用的石墨烯三维体材料的制备提供了一个基本策略。该研究得到了国家自然科学基金和中科院的支持。（周峰 刘言）

 

《科学时报》 (2011-04-21 A1 要闻)