世界經濟與材料發展背景

世界經濟的快速發展驅動工業和生活向智能化、自動化轉變，對電子產品和能源的需求快速增長。發展高性能材料對推動綠色可持續的能源存儲與轉化、新型電子器件以及環境治理技術的發展極為重要。碳材料是發展先進能源、環境和電子系統的關鍵材料之一。

二維石墨烯材料特性

二維石墨烯材料具有：大比表面積；超高的電子遷移率；優秀的導熱性；出色的力學性能（楊氏模量為1100GPa，斷裂強度為125GPa）；良好的化學穩定性

二維石墨烯片間的強π-π（原文“Tr－Tt”有誤）相互作用和范德華力使其在加工成宏觀三維材料時極易發生不可逆團聚，導致性能下降，難以將其優良性能從二維微納尺度擴展到三維宏觀尺度。

三維石墨烯材料優勢

將二維石墨烯材料組裝成具有三維空間網絡結構可有效防止石墨烯的不可逆團聚，并在很大程度上保留石墨烯的優異特性。三維石墨烯材料具有：大的比表面積；靈活可控的表面化學性質；較好的機械性能；優異的導電性；連通的多孔結構

這些優異的特性使得三維石墨烯材料在以下領域具有優勢：

• 能源相關領域：超級電容器、鋰離子電池、燃料電池、電催化等，表現為高的活性材料負載能力；三維空間中快速的電子傳輸和離子擴散速度；為物質在表面的吸附和解吸提供足夠的空間；出色的機械和電化學循環穩定性。
• 環境領域：空氣、水體治理等。
• 電子器件領域：傳感器、微納電路等。

傳統三維石墨烯材料的局限

傳統的塊體三維石墨烯材料無法實現從納觀到宏觀多尺度的結構設計和成型，使其無法利用優異的結構特性進一步提升性能，而且限制了其在很多高性能器件中應用。

3D打印技術的優勢

3D打印作為一種計算機輔助快速成型技術，可以通過圖形軟件進行宏觀結構設計，并通過后處理和復合墨水開發等方式構建微納結構。目前，已有研究表明，3D打印的三維石墨烯材料相比于傳統塊體石墨烯材料具有更快的電荷傳輸速率、更高的剛度和針對具體應用進行形狀設計的能力，使其在鋰離子電池、超級電容器和電催化等領域中的應用中具有更好的性能。

GO自組裝方式及石墨烯氣凝膠制備

驅動GO自組裝的方式包括水熱還原自組裝、離子誘導自組裝和直接化學還原自組裝等。

• 在水熱反應過程中，氧化石墨烯可以成功實現自組裝，得到機械強度高、導電且穩定性好的石墨烯氣凝膠。但是，水熱法制備石墨烯氣凝膠的過程需要在高壓的條件下進行，這阻礙了石墨烯氣凝膠的大規模制備。（不過）在大氣壓力下就可以實現石墨烯氣凝膠的制備。
• 自組裝的方法也可以實現石墨烯氣凝膠復合材料的制備，將GO和乙酸鐵分散液進行水熱自組裝，可以成功制備高表面積的Fe?O?／石墨烯氣凝膠復合材料。

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