高功率电子设备热失控问题严峻,热界面材料需兼具高导热与低界面热阻。传统聚合物基复合材料因填料随机分散,导热率低(<15 W/(m·K)),高填充量则刚性剧增,导致接触热阻大。石墨烯虽理论导热极高,但现有架构需超高负载量(>90 wt.%)致模量过高,且界面相容性差,限制导热提升。因此,亟需开发兼具高导热、低模量与优良界面结合的石墨烯基材料。
具身智能的快速演进正推动系统向更高程度的自主性与适应性迈进,而这一过程的核心在于对复杂环境信号的高精度获取。特别是在自动分拣、柔性制造等应用场景中,精准的材料属性感知不仅需要触觉压力,更依赖于对温度梯度的同步捕获与有效区分。然而,传统感知系统往往通过简单堆叠独立传感器来实现多功能化,这不仅增加了制造复杂性与集成成本,更因严重的信号串扰。同时,现有的柔性热电材料在性能与结构上仍面临双重瓶颈。导电聚合物通常灵敏度较低,而高性能无机材料又缺乏必要的机械柔韧性。主流的二维薄膜传感器,受限于其几何结构,难以在厚度方向建立有效的温度梯度,且缺乏足够的体积压缩性。
太阳能驱动的界面蒸发为高效光热转换提供了极具前景的方法。受日本槐树纹理树皮高效光捕获效应的启发,本文,长春工业大学孙德 教授在《Langmuir》期刊发表名为“Electroless Plating Preparation of Biomimetic Nickel-Black/Graphene Membranes for Solar-Driven Interfacial Evaporation”的论文,研究通过无电镀工艺成功开发出类树皮分级镍黑/石墨烯光热转换膜(E-Ni/Gr)。分级结构增强了光捕获能力,而固有半导体吸收带隙与碳组分宽带吸收的协同效应共同提升了光学吸收效率,达到83.21%。在1 kW·m–2辐照下,添加20 mL石墨烯悬浮液的E-Ni/Gr-20膜蒸发速率达1.62 kg·m–2·h–1,光热转换效率达91.25%。该膜还展现出卓越的稳定性(经20次循环后仍保持1.3 kg·m–2·h–1蒸发速率)和脱盐性能(NaCl截留率>99%)。本研究为开发高效稳定的仿生光热材料提供了重要启示。
滤波超级电容器(FSCs)凭借其卓越的功率特性和快速充放电能力,已成为替代传统铝电解电容器的理想候选方案,为电子设备的微型化和集成化提供了关键解决方案。然而,电极材料充放电速率与电荷存储容量之间的固有权衡制约了其进一步发展。本文,山东大学张光磊 教授 团队在《Appl Surf Sci》期刊发表名为“High-performance filter supercapacitors utilizing graphene aerogel composite thin-film electrodes”的论文,研究提出创新性复合电极设计策略,通过温和热化学还原法成功构建出具有高电子导电性的三维氧化石墨烯气凝胶薄膜骨架。其表面保留的含氧官能团显著提升离子电荷传输速率,最终实现电子导电性与离子导电性的协同优化。
高功率电子器件热管理需求的日益增长,要求热界面材料(TIM)兼具高导热性与高效温度调节能力。相变材料(PCM)虽具有显著的潜热存储能力,但其本征低导热性制约了实际应用。
能够响应外部刺激的纤维基纺织品对柔性智能传感器和热管理至关重要,但这类材料往往缺乏同时感知电-热-力学信号所需的多功能性。本文,兰州大学张强强 教授、中国科学院兰州化学物理研究所 樊恒中等研究人员在《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊发表名为“Biomimetic Hollow Graphene Aerogel Fibers for Thermal Management and Flexible Smart Textiles”的论文,研究通过可扩展的同轴挤出纺丝工艺结合核心组分牺牲法,可控制地制备了仿北极熊毛的空心石墨烯气凝胶纤维(GAFs)。在外通道剪切应力的促进下,氧化石墨烯(GO)纳米片自组装形成分级多孔拱形微结构。通过精确调控还原GO的界面状态及官能团,赋予GAF及其制备的智能纺织品可调的力学、电学和热学性能。
无线技术与微型电子设备的进步,催生了对定制化高性能电磁干扰(EMI)屏蔽材料的需求,这些材料需在恶劣条件下保持稳定性。尽管MXene具有卓越的电学性能和EMI屏蔽特性,但实现MXene气凝胶的强韧稳定性仍具挑战。本文,香港城市大学吕坚教授课题组《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊发表名为“Annealing-Enabled 3D Printing of MXene/Carbon Aerogels with Stability in Harsh Conditions”的论文,研究开发了一种退火增强型3D打印工艺,制备出分级结构的MXene/碳气凝胶。
本文,西安建筑科技大学谢会东 教授团队在《Materials Research Bulletin》期刊发表名为“Binder-free NiCoCu/graphene aerogel electrodes for supercapacitors”的论文,研究通过采用三维氧化石墨烯水凝胶网络作为模板,原位吸附金属离子,整合了碳材料与赝电容材料的优势。利用模板辅助水热工艺,构建了自支撑的三元镍-钴-铜碱式碳酸盐/石墨烯气凝胶(NiCoCu/GA)复合材料。
在全球能源结构转型和新能源大规模接入的背景下,高效电化学储能系统的崛起已成为当今研究热点。为解决现有电极材料导电性差、结构稳定性弱的问题,石墨烯气凝胶凭借其优异的导电性、超大的比表面积和稳定的结构,成为突破现有技术瓶颈的最佳材料。本文,兰州理工大学冯辉霞教授等在《ChemistrySelect》期刊发表名为“Research Progress on the Application of Graphene Aerogel in the Field of Electrochemical Energy Storage”的综述,系统综述了石墨烯气凝胶研究领域的进展,概述了包括原位组装、化学交联、模板法、3D打印技术及生物质可持续合成法在内的制备方法,这些制备策略均会影响材料微观结构。在此基础上,本研究深入探讨了石墨烯气凝胶在超级电容器、锌空气电池及锂离子电池中的作用机制与应用前景,重点分析通过构建碳材料、共价有机框架与金属化合物复合结构实现性能优化的路径。最后总结技术挑战并展望未来趋势,为新型高效储能器件的设计提供指导。