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摘要：石墨烯因为具备了非常好的电学、力学以及热学性能，所以得到了广泛的应用，通过研究石墨烯的制备研究进一步提升了石墨烯材料的应用可能性，使其能够被应用到人们生活中的多个方面，从目前来看，因为石墨烯的成本较低且具备较好的加工性，使其在生物传感设备、单分子检测设备以及纳米离子复合材料等领域中发挥着十分重要的作用，因此本文对于石墨烯概念的制备及性能进行研究有着十分重要的意义。
关键词：石墨烯海绵；制备；性能
1.石墨烯海绵的制备
从目前的情况来看，石墨烯海绵的制备主要包含这样几种方法，首先是模板CVD法，主要采用的是催化剂金属作为模板，通过化学气相沉淀技术来进行石墨烯的沉淀，然后刻蚀掉其中的催化剂模板就能够获得石墨烯气凝胶，但这种方法相对来说比较复杂，且需要花费较高的成本，制备而成的石墨烯海绵容易受到模板的影响。其次是冷冻干燥的方法，这种方法第一步需要做到的是进行石墨烯水凝胶的制备，然后通过冷冻干燥的方式来获得石墨烯气凝胶，或者可以利用冷冻干燥石墨烯溶液来进行石墨烯气凝胶的制备，这种方法也被称作为冰模板制作法，这种方法不但操作起来较为简单且能够进行大量的制备。对冷冻干燥方法形成影响的因素主要包括冷冻、干燥时的温度以及真空度，冷冻实际上是传热的过程，通过冷冻干燥设备的传热过程来实现对石墨烯水溶液的冷冻，这时需要对其中的温度进行严格控制，如果温度达不到预期的标准那么则无法实现冻结，这时如果进行抽真空干燥那么就会出现气泡，如果冷冻温度过低则会增加能耗，完成冷冻过程后需要对其进行抽真空处理，让冰能够处于高度真空中直接变为水蒸气由冷凝设备来将其排出，在这个过程中制备的样品同样需要进行热量的吸收，如果不进行加热则会导致其中的热量不足，从而吸收样品本身的热情，进而导致样品干燥的时间变得更长，降低整体的生产效率。相反如果供热太多虽然能够增加速率但其中的剩余热量会提升样品温度，甚至将其熔化。因为热量过大而产生的水蒸气会留在干燥室中，如冷冻装置无法及时将其凝结成冰，那么就会增加干燥室的气压，让样品出现变软等情况，整个过程就会失败。总的来说，一般会以天然鳞片石墨为材料通过改进HUMMER的方法来进行石墨烯海绵的制备，主要分为以下几个阶段：首先是制备氧化石墨烯，其次是制备氧化石墨烯海绵，最后是还原氧化石墨烯海绵，在这个过程中要控制好冷冻温度和真空度，抽真空干燥时要利用梯度升温的方式来进行石墨烯海绵的制备，通过对其还原温度和浓度的控制来获得多种性能指标的石墨烯海绵。
2.石墨烯海绵的性能
2.1宏观形态
石墨烯海绵制备过程中，会获得多种形状的海绵状产物，还原后所获得的石墨烯海绵是黑色的，有着非常好的弹性，且整体密度较低，通过模具能够将其制作成为不同形状大小的石墨烯海绵。
2.2微观结构
石墨烯海绵中包含了大量的石墨烯层片，通过相互之间的组合来形成网络多孔结构，其中包含了很多空隙，空隙的直径约为几纳米或者数微米，会呈现出什么样的网络结构主要取决于其所采用的制备方式，也正是因为呈现出的这种网络状结构使其具备了非常好的稳定性。
2.3密度和孔隙率
对于石墨烯海绵进行评价的主要指标即为密度和孔隙率，密度一般包含了真空度和表观密度这两个方面，然后根据真空度和表观密度来对其孔隙率进行计算，石墨烯海绵的制备中绝大部分是孔隙，这使其具备超低表观密度的主要原因。
2.4红外光谱分析
通过对制备出的氧化石墨烯海绵进行还原后能够获得石墨烯海绵，通过红外光谱的分析可知石墨烯海绵吸收峰的特点并不明显，处于直线状态，基本等同于天然鳞片石墨，那么说明了对氧化石墨烯进行还原的十分彻底，其中只含有石墨烯。
2.5孔分布和比表面积
在石墨烯海绵当中，片层之间处于缠绕的形态，从而形成网络状多孔结构，上文提到的石墨烯海绵性能主要受到孔隙影响，通过低温氮气吸附的方式来对其中的孔隙结构进行测量，然后通过低温氮吸附和脱附-温曲线的方式来获得其中的比表面积和孔分布。
2.6导热性能
对于石墨烯海绵的导热性能测试主要是通过防护热板法来完成，通过测试可知石墨烯海绵的导热系数很低，即使是处于压缩的情况下仍然能够保持非常低的导热系数，由此可见石墨烯海绵是一种非常好的保温材料。
2.7导电性能
通过半导体分析系统来对石墨烯海绵的电阻进行测试，在石墨烯海绵两侧涂抹导电银胶，然后用银线导出电极，待其凝固之后在常温条件下为石墨烯海绵提供2.0V偏压，从而获得I-V曲线，通过该曲线斜率可获得石墨烯海绵的电阻，证明其具备一定的导电性。因为石墨烯海绵是由石墨烯层片构建成为的网状结构宏观体，可见石墨烯层片具备了较好的导电性，通过网状结构来为石墨烯海绵赋予导电性。
结束语：本文首先对于石墨烯海绵的制备进行分析，并对石墨烯海绵的基本性能进行了研究，希望通过本文能够为日后石墨烯海绵的应用提供一定的参考和帮助。
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