固体直接发泡是制备多孔材料最有效的方法。然而，由于强烈的界面相互作用使得固体的可塑性被压制，这理想的发泡法无法制备纳米颗粒气凝胶。在这里，发明了一种溶致塑化发泡法，将固态氧化石墨烯直接转化为气凝胶块体和微阵列，取代了常用的冷冻方法。水分子的插入使固态氧化石墨塑化，使直接发泡而不是灾难性破碎。气泡的形成遵循一般结晶规则，纳米级精确控制细胞壁厚8nm。气泡团簇形成紧密搭接的双曲面结构，并呈现出超强机械稳定性，具有抗极端变形能力。利用石墨烯气凝胶制作具有超灵敏和超稳定性的触觉微阵列传感器，在人工智能触摸识别方面，其精度高达80%，优于人手的触觉灵敏度（30%）。                                                                                               
 
  
Figure 1. 溶致塑化发泡石墨烯气凝胶的制备及机理。（A）溶致塑化发泡的过程。（B）氧化石墨烯中水分子的插入实现片层塑化。（C）随着气泡的成核与生长氧化石墨烯片缓慢的发生塑化滑移形变，直至稳定。（D）形成紧密搭接的双曲面石墨烯气凝胶。（E）石墨烯气凝胶的扫描形貌图及气泡结构模型图。
 
  
Figure 2. 气泡的成核与生长及结构控制。（A）通过光学显微镜原位观察了溶致塑化发泡过程中气泡变化。（B）气泡在成核和生长过程中的形貌图及示意图。（C）气泡成核密度（Nn）与石墨烯气凝胶壁厚（T）的关系。（D）壁厚随着气泡成核密度增加而降低的示意图。（E）气泡生长时间（t）与所得气凝胶的密度（ρ）的关系。
 
  
Figure 3. 溶致塑化发泡石墨烯气凝胶的机械稳定性。（A）将大块石墨烯气凝胶反复折叠压缩进入到一个细长弯管中，气凝胶结构未遭到破坏且未出现明显的碎屑脱落。（B）石墨烯气凝胶在90%的应变下经过105次循环的压缩应力应变曲线。（C）石墨烯气凝胶压缩循环性能与的文献中的性能进行对比。（D-G）拉伸、剪切、弯曲、撕裂过程的力学曲线对比。
 
 
Figure 4. 高灵敏度的石墨烯气凝胶。（A）石墨烯气凝胶传感器的结构及SEM图。（B）传感器的压阻变化曲线。（C）传感器的压阻疲劳稳定性。（D）所制备的传感器与文献对比。（E）将传感器固定于机械手上进行超轻碳气凝胶密度的识别。（F）压缩距离和阻力关系的拟合曲线，确定密度。 
 
       相关研究工作由浙江大学高超教授和许震研究员课题组（第一作者是庞凯博士）于2020年发表在Science Advances期刊上。原文：Hydroplastic foaming of graphene aerogels and artificially intelligent tactile sensors。

转自《石墨烯杂志》公众号