本发明公开了一种石墨烯-碳纳米管复合全碳超轻弹性气凝胶及其制备方法。它包括以下步骤：（1）将1重量份的氧化石墨烯分散于10~4000重量份的水中形成氧化石墨烯分散液；（2）将1重量份碳纳米管分散于5~4000重量份的氧化石墨烯分散液中，得到氧化石墨烯-碳纳米管分散液；（3）将氧化石墨烯-碳纳米管分散液进行冷冻干燥或超临界干燥，得到氧化石墨烯-碳纳米管复合气凝胶；（4）将氧化石墨烯-碳纳米管复合气凝胶采用化学还原法还原或高温热还原法还原，得到石墨烯-碳纳米管复合全碳超轻弹性气凝胶。本发明的工艺简单，过程绿色环保，所得到的全碳超轻气凝胶具有低密度、高导电率、高比表面积、弹性温度范围广等优点。

1、主要功能及应用领域 透明电极在太阳能电池、有机发光二极管、触摸屏等光电器件中具有重要的应用价值，目前应用最多的用氧化铟锡（ITO）为制造的透明电极，但ITO存在脆性大，无法弯曲，近年来随着光电器件对透明电极需求的增加，铟的价格也大幅提高。由于石墨烯产业化后的预期成本低，成为柔性透明电极的主要材料之一，但在实际中由于大面积石墨烯总会存在一定的缺陷，影响了其导电率，本项目结合石墨烯和纳米金属网孔的优势制备出石墨烯和金属网孔复合膜柔性透明电极。 2、特色与先进性技术指标 特色：利用低成本、无污染的溶胶在透明基底形成网状模板，利用模板制作金属网格；通过转移石墨烯在金属网格上制作一种石墨烯/金属网格复合电极。其复合电极表现出优异的光电特性。通过结合单层石墨烯的高透光性和金属网格的导电性，有效地弥补了化学气相沉积法（CVD）-石墨烯多晶结构的缺陷和金属网格不利于制作依赖垂直电流传输器件的的缺点，从而提高透明复合电极的光电特性。 图1 制备的石墨烯及拉曼图，可以看到非常清楚的2D峰，右图为金属网孔的显微图。 3.技术指标 复合电极：面电阻为 21.2 、透光率为92%（在550nm波长测得），下图表明其宽带的透射光谱特性。 图2 复合电极的透过率 将复合电极制作在PET基底上，使其可以表现出优异的机械柔软性。在将透明电极从正向到反向弯曲，其弯曲角度从-150o达到150o时，其电导率也只下降3.4%，反复弯折100次，电导率几乎没有什么变化。 4、产业化的关键性问题 高性能的透明电极在许多光电器件是必不可少的，例如触摸屏、光伏电池、有机发光二极管等。目前商业上，由于氧化铟锡（ITO）薄膜的高光学透过率、低面电阻和成熟的制造工艺，在作为透明电极方面已广泛地应用在各种光电器件中。但铟是稀有金属，在地壳中的分布量比较小且分散，主要以微量存在于锡石和闪锌矿中，且随着液晶显示器和触摸屏等产品的普及，因此铟的价格在急剧上涨。此外，氧化铟锡透明电极缺乏柔韧性，不易弯曲，化学稳定性差，不适合应用于柔性透明电极。 传统上制备金属网采用光刻法及蚀刻工艺。但是，通过采用光刻法制备的金属网格不仅成本较大、工艺复杂、效率低，而且在制备的工艺条件、设备要求也较高。 本实验采用了低成本高效率的方法制备金属网格，再通过CVD法生长大面积石墨烯并转移在金属网格上。实验过程中工艺简单、成本低、效率高，并可制备大面积-高质量的透明电极。

透明电极在太阳能电池、有机发光二极管、触摸屏等光电器件中具有重要的应用价值，目前应用最多的用氧化铟锡（ITO）为制造的透明电极，但ITO存在脆性大，无法弯曲，近年来随着光电器件对透明电极需求的增加，铟的价格也大幅提高。由于石墨烯产业化后的预期成本低，成为柔性透明电极的主要材料之一，但在实际中由于大面积石墨烯总会存在一定的缺陷，影响了其导电率，本项目结合石墨烯和纳米金属网孔的优势制备出石墨烯和金属网孔复合膜柔性透明电极。

将石墨烯进行二维或三维组装，制备透明可导电薄膜、复合导热膜及吸附材 料技术。

本项目以天然气转化和二氧化碳资源化利用为背景，从应用过程对膜材料及膜的要求出发，运用材料化学工程的基础理论，开展膜材料的设计、膜材料及膜的制备、膜反应过程的设计及机理研究以及氧分离器的设计四个方面的研究工作。基于膜反应过程，通过研究氧传输机理和膜反应机理、膜材料及膜微结构成形机理和控制方法、反应过程与膜分离过程的匹配理论以及膜微结构在反应条件下的演变规律，建立面向反应过程的膜材料设计与制备的理论基础；提出天然气转化、二氧化碳利用的创新流程，为膜反应过程的工程应用奠定基础。

近年来，随着微型化、便携式电子产品的迅猛发展，基于超级电容器和电池的超薄、柔性储能器件受到越来越广泛的关注。组装该类高性能的柔性储能器件需要三维柔性电极材料。三维柔性碳电极是最佳的选择，主要因为其惰性的化学特征，而且可以用于几乎所有的电解质体系。目前文献报道的三维柔性碳电极主要是基于碳纳米材料，如碳纳米管和石墨烯等，然而这类柔性电极制备比较复杂，成本较高，难以实现大规模化生产。 我们创新性地采用直接高温碳化聚合物泡沫的方法成果制备了碳海绵。该方法简单，且易于大规模化生产。所制备的碳海绵具有以下特征： 稳定的三维多孔网络结构； 良好的弹性； 可控的孔隙度，孔隙度范围：95-99.9%； 可控的密度，密度范围：3-100 mg/cm3； 可控的导电性，导电率范围：1-30 s/cm； 超疏水和超亲油性。

石墨烯作为化工新材料是目前的研究热点，其规模化制备是难点。超重力旋转床作为一种新型反应器，在化工过程强化等领域具有总要的应用，且无明显放大效应。以超重力旋转床作为石墨（氧化石墨）剥离和还原的反应器制备石墨烯，具有效率高、产品质量及应用性能好等特点。目前已达到中试水平。 本技术属于石墨烯制备技术领域，具体涉及到用超重力法以石墨为原料制 备高性能石墨烯的方法。石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体，是构成石墨、碳纳 米管、富勒烯等碳材料的基本结构单元，具有优良的导电性、导热性、高强度、 高透明度和超大的比表面积及良好的生物相容性，在复合材料、电子器件、电 能储存装置、生物传感器、催化剂载体等领域具有良好的应用效果及前景，是 目前最热研究领域之一，也有大量的潜在需求。实现其高性能低成本规模化制 备是其应用的前提和保障，因此更是人们关注和研究的焦点。 现有的石墨烯制备方法很多，如：机械剥离、化学气相沉积、液相剥离法、 化学氧化-剥离-还原、碳纳米管切割以及完全有机合成等。在这些方法中，机 械剥离法虽然能得到高性能的石墨烯，但产量很小，主要用于科学研究；化学 气相沉积法虽然可合成量较大的产品，但设备复杂且成本较高，限制了其应用； 完全有机合成法得不到大面积的石墨烯片。低成本剥离法和化学氧化-剥离-还 原法通常以廉价的石墨为原料，在低温常压下进行制备，其成本较低且易放大规模，是石墨烯规模合成的重点研究方向。 目前用于剥离的装置主要有超声波清洗器、微波炉、球磨机、超临界装置 等。在这些装置中，超声波清洗器虽然使用的最多，但其剥离时间长、产率低、 对石墨烯片的晶体完整性和结构破坏大，影响其导电性和其他应用性能；微波炉剥离利用微 波炉加热集中、功率大的特点，加热使石墨或预氧化石墨迅速膨胀，达到剥离 的效果，该方法过程较为剧烈，产物损失不可控，而且所得到的石墨烯缺陷较多；球磨机制备出来的石墨烯片小；超临界装置制备成本高、需要反复多次剥离才能达到较好的效果， 不适于规模化连续生产)。所以如何找到一种可以大规模剥离且对石墨烯性能影响小的剥离方 法和装置是本领域需要解决的一个问题。 超重力技术是利用比地球重力加速度大得多的超重力环境对传质、传热过 程和微观混合过程进行强化的新技术，在地球上通过旋转产生模拟的超重力环 境而获得。它能够大幅度提高反应的转化率和选择性，显著地缩小反应器的体 积，简化工艺、流程，实现过程的高效节能，减少污染排放。在超重力旋转床 内气体呈连续相均匀分布，液体被分散成大量的液滴、液丝和液膜，具有极大 的比表面积。研究表明：在超重力环境下相间传质速率比传统塔器提高1～3 个数量级，微观混合和传质过程得到极大强化。超重力过程强化技术已被大量 用作需要对相间传递过程进行强化的多相过程，和需要对相内或拟均相内微观 混合强化的混合与反应过程，并达到了工业化水平或中试水平。目前还没有出 现过将超重力技术应用在石墨领域的例子。 本项目要解决的技术问题是提供一种超重力法制备石墨烯的方法；通过对 石墨进行预处理，使石墨的层间距增大，之后在超重力旋转床中剥离预处理石 墨，得到石墨烯；该制备方法简单易行，低成本、高产量，适合大规模生产， 具有广泛的应用前景，该方法制备的石墨烯具有很高的导电率和极少的缺陷。 本发明提供一种超重力法制备石墨烯的方法，包括以下步骤： 1）以石墨为原料，对石墨进行预处理，使石墨的层间距增大，得到预处 理石墨； 2）在超重力旋转床中剥离预处理石墨，得到石墨烯。

石墨烯因 其 优异 的性质而 被 誉为 “ 材料之王 ” ， 在诸多 领域有着广阔的应用前景， 但 距离 真正实现产业化 还存在诸多 问题和挑战 。制备决定 未来， 高品质 石墨烯薄膜的 可控 制备 一直是学术界和业界关注的 重点 。 化学 气相沉积法（ CVD ） 以 其优良 的 可控性和可放大性被 公认 为最具前景的石墨烯 薄膜 制备方法， 经过 近十年的发展， 虽然 在单晶尺寸上 取得 了诸多突破性进展， 但 CVD 石墨烯的性能 和 理想 水平 仍然有不 小 的差距 ， 这一问题已经困扰石墨烯领域很久 。 该研究首次 揭示了 CVD石墨烯 的本征污染问题，提出气相反应调控的方法，分别使用泡沫铜辅助催化和含铜碳源实现了超洁净石墨烯的制备（ Nat ure   Commun .  2019 ,  10 , 1912 ； J. Am. Chem. Soc.   2019 ,  141 , 7670 ）。 对于已存在 本征污染的石墨烯薄膜，他们 巧妙地 使用 二氧化碳 对其进行刻蚀 ，而不引入额外缺陷，从而成功 制备出大面积的超洁净石墨烯薄膜，该 方法与普通CVD工艺完全兼容 （ Angew . Chem.  2019 ,10.1002/ange.201905672 ）。 同时 ，他们探究 了本征污染物与石墨烯之间的相互作用，发展了基于活性炭的界面力调控方法，成功实现了石墨烯的表面清洁（ Adv.  Mater.  2019 , e1902978 ） 。

过去的十几年石墨烯研究和产业化进步飞速，然而石墨烯产业化仍然面临诸多挑战和问题。面向石墨烯产业化应用的制备技术不是对实验室制备过程的简单放大，规模化制备对制备技术的可重复性、安全性和成本等都提出了更高的要求。尽管从产能上看石墨烯的粉体和薄膜均实现了宏量化制备。然而，石墨烯产品的生长工艺、原材料、设备甚至生产批次的不同，得到的产品质量和性能参差不齐，且很难达到统一的标准。以史为鉴，参考另一类战略性碳材料——碳纤维的产业发展历程可知，材料的品质决定了其应用前途。最初研发的碳纤维只能用于钓鱼竿等，而今高端碳纤维材料在航天航空领域占据不可替代的位置，这正是碳纤维的规模化制备技术和材料品质的不断提升，推动了碳纤维在高端领域的广泛应用。石墨烯产业只有努力扎根于材料制备，解决高品质材料的规模化制备问题，才有美好的应用未来。

以石墨烯为模板的少层石墨双炔薄膜的液相范德华外延生长法。以原子级平整的二维石墨烯为基底，采用极低的单体浓度（0.04 mM），在室温下进行偶联反应，通过溶液相范德华外延的方法，成功制备得到了大面积均匀连续的高质量、少层石墨双炔薄膜，高分辨透射电镜和光谱表征证实了其高质量单晶结构。该石墨双炔薄膜为ABC堆垛的三层结构，电子衍射显示石墨双炔/石墨烯薄膜具有两套单晶衍射点，分别对应于石墨双炔和石墨烯的单晶衍射图案，结果表明生长在石墨烯上的石墨双炔与下层石墨烯的晶格取向夹角为14°。