Новый способ изготавливать аэрогели на основе оксида графена разработан исследователями из калифорнийских научных центров. Полученный аэрогель на основе высококристаллического графена в полной мере реализует потенциал этого материала.
Аэрогели благодаря комплексу характеристик — большой площади поверхности, низкой плотности и ультратонким порам — широко используются в различных научных и промышленных задачах. Созданные ранее аэрогели на основе оксида графена представляют собой значительный прогресс по сравнению с традиционными углеродными аэрогелями. Однако при этом по своим свойствам они значительно уступают графеновым листам ввиду низкой кристаллизации.
Обычно графеновые аэрогели изготавливаются путём загустевания суспензии оксида графена, при котором он частично восстанавливается и образует пористую трёхмерную сеть внутри жидкости. После удаления жидкости остаётся сухая трёхмерная графеновая структура. Недостатком этого метода является то, что получаемые слои графена существенно уступают по своим механическим и электрическим характеристикам графену, производимому с помощью механического отслоения или химического осаждения из газовой фазы.
Группа исследователей из Калифорнийского университета и Ливерморской национальной лаборатории предложила новый метод изготовления из оксида графена аэрогеля, который содержит высококачественные слои кристаллического графена. Метод команды предполагает сначала образование геля водной суспензии оксида графена при умеренных температурах около 80 °C в основной гидроокиси аммония. Затем получившийся гель высушивается с использованием сверхкритического диоксида углерода, после чего производится обжиг геля при температуре 1050 °C в азотной среде.
«На данном этапе мы имеем обычный аэрогель из оксида графена, — поясняет один из руководителей работы Маркус Уорсли (Marcus Worsley) из Ливерморской лаборатории. — Чтобы получить высококристаллический гель, мы добавили ещё один этап обжига в гелии при температуре свыше 1500 °C».
Изображения, полученные с помощью электронной микроскопии, показали, что отожжённый гель состоит преимущественно из высококристаллического графена в один или несколько слоёв. Высококачественные графеновые слои в новом аэрогеле обеспечивают его стабильность при высоких температурах, более прочны и обладают лучшими электрическими свойствами — по сравнению с графеном в традиционных графеновых аэрогелях.
Авторы работы утверждают, что возможные области применения нового материала включают катализаторы и устройства накопления энергии, в частности, суперконденсаторы и аккумуляторы, а также устройства опреснения воды, датчики и композитные материалы.
