气石墨（Aerographite）：密度最低的固体材料，只有空气的1/7-浩瀚科普

气石墨（Aerographite）：密度最低的固体材料，只有空气的1/7

2024年8月3日上午7:04 • 科技 • 阅读 21

气石墨（Aerographite）是一种合成泡沫材料，由管状碳的多孔互连网络组成，它的密度只有180g/m³，只有空气密度的1/7，是迄今为止最轻的结构材料之一。它是由德国基尔大学和汉堡工业大学的研究团队联合开发的，并于2012年6月在科学期刊上首次报道。

结构与性能

气石墨由无缝互连的碳管网络组成，碳管的直径为微米级，壁厚约为15nm。由于相对较低的曲率和较大的壁厚，这些壁不同于碳纳米管的类石墨烯壳，并且在性质上类似于玻璃碳。这些壁通常是不连续的，并包含褶皱区域，可提高气石墨的弹性性能。

由于其互连的管状网络结构，气石墨比其他碳泡沫以及二氧化硅气凝胶拥有更强的抗拉力。它能承受广泛的弹性变形并具有非常低的泊松比。3毫米高的气石墨样品被压缩至0.1毫米后可以完全恢复形状。

其极限拉伸强度取决于材料密度，在8.5mg/cm³时约为160kPa，在0.18mg/cm³时约为1kPa；相比之下，最强的二氧化硅气凝胶在100mg/cm³下的UTS为16kPa。杨氏模量约为0.2mg/cm³拉伸时为15kPa，但压缩时低得多，从0.2mg/cm³时的1kPa增加到15mg/cm³时的7kPa。

气石墨具有超疏水性，因此其厘米大小的样品可以排斥水；它们对静电效应也相当敏感，并会自发地跳到带电物体上。

气石墨中的碳键具有sp²特征。在外部压缩时，电导率随着材料密度的增加，从0.18mg/cm³时的约0.2S/m增加到0.2mg/cm³时的0.8S/m。较致密的材料的电导率较高，在50mg/cm³时为37S/m。

合成方法

气石墨是使用ZnO模板通过化学气相沉积法生产的。该模板由微米厚的棒组成，通常呈多足形状，可以通过混合相当数量的锌和聚乙烯醇缩丁醛粉末并将混合物在900°C下加热来合成。气石墨的合成在约760°C的氩气流下进行，并向其中注入甲苯蒸气作为碳源。在ZnO上沉积一层薄薄的（约15nm）不连续碳层，然后通过向反应室中添加氢气将其蚀刻掉。因此，剩余的碳网络紧密地遵循原始ZnO模板的形态。特别是，气石墨网络的节点源自氧化锌多脚的关节。