美國科學家已經發現能製造含有高結晶石墨烯薄片的石墨烯氧化物氣凝膠(aerogel)的全新方法。用此種方式製作的氣凝膠比先前製作的品質高出許多未來可望應用在觸媒、儲能元件、感應器、複合物，甚至於去鹽(desalination)技術中。 氣凝膠一直被廣泛地運用在科技與工業應用上。它們有很大的表面積-體積比，孔隙極小，且密度很低。石墨烯則是單原子厚的石墨薄片，在製作分子電子產品上是很有潛力的材料。石墨烯的電性與機械性質十分獨特，包括極高的電導與極高的強度。研究員嘗試將3D石墨烯結構製造成氣凝膠的形式，這種結構的表面積很大，並具有直徑小於100 nm的超小孔隙。對於許多應用來說，這種氣凝膠應該比傳統的微孔隙泡沫好上不少。例如，因為孔隙尺寸小，它們的電容應該非常高。對儲氫、催化、電池與過濾器等科技而言，小孔隙是一大強項。 氣凝膠的製作過程通常需要膠化水性石墨烯氧化物懸浮物，好讓石墨烯氧化物部分還原並形成多孔3D網絡；之後移除液體便可得到網狀3D石墨烯結構。然而，相較於其他製備法如膠帶法或化學氣相沉積法，此方法製作的石墨烯品質非常差，導致其物理、機械、電子特性都不佳。 最近，Lawrence Livermore國家實驗室的Marcus Worsley與加州大學柏克萊分校的AlexZettl領軍的研究團隊研發出一種新技術，可以製造含有高度結晶石墨烯薄片的石墨烯氧化物氣凝膠，而且品質相當出色。 該團隊先讓石墨烯氧化物的水性懸浮物在80 °C的鹼性氨水中膠化，然後使用超臨界二氧化碳將潮濕的凝膠乾燥。為了讓凝膠高度結晶，該團隊增加了超過1500°C的氦燒製程序。他們也製作了在2000與2500 °C下燒製過的高度結晶石墨烯氧化物氣凝膠。 相較於先前製備的樣品，新方法製備的氣凝膠因為含有高品質的石墨烯薄片，在高溫時較為穩定，機械性質較強，電性也較佳。以高解析穿透式電子顯微鏡(HRTEM)取得的影像顯示，凝膠的構成主要是高度結晶的單層或多層石墨烯。X光繞射與拉曼光譜研究也證實凝膠內的缺陷會隨退火溫度增加消失。另外，這些實驗也清楚顯示結晶尺寸會隨著退火溫度上升而變大。 該團隊認為，此材料未來可能的應用包括超級電容與電池、海水淡化技術、感測器、複合材料等等。詳見ACS Nano | DOI: 10.1021/nn505335u。 |