四川大学《ACS AMI》:各向异性和轻质碳/石墨烯复合气凝胶，用于高效隔热和电磁干扰屏蔽

文章来源：材料分析与应用

高性能轻质碳气凝胶（CA）在电化学、催化、吸附、储能等领域受到了广泛关注。然而，寻找一种环保、高效的制备方法并实现CA的可控性能仍然是一个挑战。本文，四川大学Huawei Zou、Pengbo Liu等研究人员在《 ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Anisotropic and Lightweight Carbon/Graphene Composite Aerogels for Efficient Thermal Insulation and Electromagnetic Interference Shielding”的论文，研究提出通过对聚胺酸铵盐/氧化石墨烯（PAS/GO）悬浮液进行单向冷冻，然后进行冷冻干燥、热亚胺化和碳化，合成了一系列各向异性碳/石墨烯复合气凝胶。

制备的气凝胶呈现出沿冻结方向的管状孔结构。分散在聚合物基质中的GO增强了气凝胶的骨架，从而显著抑制了制备过程中的体积收缩，从而提供了0.074–0.185 g cm–3的低密度。此外，定向孔结构使复合气凝胶具有明显的各向异性隔热性能。当密度为0.074 g cm–3时，径向导热系数低至0.038 W m–1 K–1。当 GO的初始含量升至 20 phr 时，所得气凝胶在径向上表现出约0.77 S cm–1的高电导率，同时电磁干扰屏蔽效能（EMI SE）达到54.6 dB。因此，本研究为制备轻质各向异性碳气凝胶提供了一种简便、环保的方法。

图1.CG气凝胶制备示意图。

图2.碳/石墨烯复合气凝胶的体积收缩、碳化过程中的重量损失以及密度与GO含量的关系。

图3（a-b）PI/rGO-10和CG-10的全扫描XPS光谱和C1s光谱。（C-d）不同GO含量的rGO-800和CG气凝胶的XRD模式和拉曼光谱。

图4、碳/石墨烯复合气凝胶的热性能

图5、碳/石墨烯复合气凝胶的电磁干扰屏蔽性能

综上所述，本文通过单向冷冻干燥、热亚胺化和碳化工艺成功制备了一系列具有各向异性结构的碳/石墨烯复合气凝胶。该材料制备工艺简单，性能优良，在隔热和电磁屏蔽材料方面具有广阔的应用前景。

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