材料分析与应用

我们首次通过低温水溶液还原沉积工艺，成功将纳米级非晶硅沉积到羟基化3D-VG上，制备出具有高倍率性能和长循环寿命的Si/3D-VG多孔硅碳负极材料。其独特的2D-3D分级结构，依托3D-VG框架，将电极在完全锂化过程中的体积膨胀限制在6.3%。此外，长程有序石墨烯相较于非晶多孔碳基底，可将锂离子扩散速率提升一个至两个数量级。

研究开发了一种非侵入式防水石墨烯电生理传感器，可在盐水环境中检测多种生理信号，从而克服现有水下监测技术的局限性。通过采用原子级薄的石墨烯界面和简单的防水涂层方法，我们实现了在皮肤表面采集心电图（ECG）、肌电图（EMG）和皮肤电活动（EDA）信号。

得益于VG和CNT产生的广泛褶皱、折叠和桥接微结构，以及PDMS的协同作用，所得VG/CNT/PDMS复合薄膜展现出卓越的应变传感性能，包括宽广的传感范围（拉伸性可达~100%）、高灵敏度（量程因子可达1332.5）、 优异的线性度（R² = 0.98）、快速响应（29 ms）、超低检测限（0.1%）以及卓越的稳定性（经过1000次应变释放循环后性能无显著衰减）。除应变传感外，VG/CNT/PDMS复合薄膜还展现出卓越的多功能特性，包括疏水表面（接触角为108°）和优异的焦耳加热能力（在15V电压下2分钟内可达到110.4°C）。

本研究报道了一种基于微流控技术的湿法纺丝方法，用于制备具有0D-1D-2D分级结构的聚苯胺纳米线修饰的MXene量子点/石墨烯复合纤维（PANI@MQDs/GF）。PANI@MQDs/GFs的多组分有效结合、纳米尺度上的强协同效应以及0D-1D-2D分级结构，不仅缓解了石墨烯纳米片的重新堆叠，还增强了界面电荷转移，提供了更多可及的位点和离子动力迁移与积累的快速路径，从而实现了优异的结构稳定性和电化学性能。

作为潜在的电极材料，GAs在超级电容器中展现出显著的应用价值。尽管目前仍存在一些缺陷，但随着材料科学领域的持续探索与优化，GAs材料的各项性能有望逐步得到提升。未来，高性能且商业化可行的GAs电极材料的研发将进一步推动其在能源存储领域的广泛应用。

研究提出了一种基于全固态、柔性纤维的MSCs（F-MSCs），采用电化学剥离石墨烯（ECG）电极，通过控制电泳沉积（EPD）技术在碳纤维上制备。

通过一种环保型堆叠排列方法制备了一种具有双向热导率的多功能GS/EP复合材料。该复合材料的垂直热导率达到104.6 W mK^(−1)，同时保持了优异的平行热导率10.6 W mK^(−1)。这种优异的双向热导率得益于通过堆叠石墨烯构建的热传导通道，使热传递更加高效。

石墨烯层作为热传导层，可以有效地将热量从热源传导到用作蒸发冷却层的自吸湿性 PVA 水凝胶层。此外，锂硼的引入还赋予了 PVA 水凝胶优异的自吸湿性能。在石墨烯薄膜和自吸湿性 PVA 水凝胶的协同作用下，SPG 冷却膜表现出了出色的冷却性能。

在加入还原氧化石墨烯、聚亚甲基蓝纳米颗粒和具有扩展电化学稳定性窗口的凝胶电解质后，通过直接激光写入制造的互插石墨烯电极在比电容和能量密度方面的性能分别提高了约200%和 225%。对于表现出最佳性能的器件，电容分解显示，在5mV-s-1 的扫描速率下，分别有21%和79%的电容归因于扩散和电容成分。此外，这种超级电容器在 5000 个循环周期内表现出显著的循环稳定性，性能保持率大于91%，库仑效率从 97.9% 提高到 100%。这些发现凸显了这种材料在储能应用方面的潜力。

研究提出通过激光诱导石墨烯（LIG）制备电阻式声学传感器，在数据采集过程中实现数据加密，从而更好地降低信息传输和存储过程中数据泄露的威胁。通过神经网络验证了Tiny Encryption Algorithm（TEA）和混沌加密算法处理的数据的识别与混淆能力。利用加密后数据密度散点图对不同加密算法进行模糊特征化，并分析其分布差异的潜在机制及其对加密效果的影响。

通过冻干和热还原工艺，利用乳化气泡作为柔性模板，成功制备了具有多级孔结构的超轻、超弹性PrGA-x材料。PrGA-x的多级孔结构和结构规则性可通过延长进一步还原时间进行可控调节，从而显著提升其压缩应力和压缩稳定性。重要的是，分级次级孔隙的形成有利于界面极化，在电磁场作用下可在界面处产生电荷积累。PrGA实现了优异疏水性、热绝缘性和压阻稳定性的有效结合，使其在严苛的航空航天和军事环境中具有显著的应用前景。

报告深入分析了通过多种策略对3D石墨烯进行化学改性的方法，包括通过调整构建单元以适应特定应用的结构改性、预插层、掺杂、复合、功能化及合成等技术。这些改性方法在多个技术领域中得到讨论，为这种创新材料的整体发展态势提供了全面概述。本报告重点关注能源存储应用，包括超级电容器、锌基混合电容器，以及3D石墨烯在锌离子电池正极和负极中的应用。在能源转换领域，我们强调其在水分解、染料敏化太阳能电池（DSSCs）和太阳能脱盐中的作用。本综述还突出了该新兴材料面临的关键工业挑战、潜在解决方案以及未来发展预期。

在制备过程中，采用多巴胺盐酸盐（PDA）对石墨烯进行改性，其与MWCNT-NH₂的协同作用建立了有效的导电网络，从而提升了PVDF-HFP中的电荷转移效率。复合薄膜的电导率和电磁干扰屏蔽效能通过导电填料与聚合物的合理排列实现。厚度为0.2 mm的薄膜达到电磁屏蔽效能（EMI SE）32.54 dB，并展现出令人印象深刻的平面电导率1000 S/m。此外，该薄膜因其更高的电导率而展现出优异的热导率，在5 V电压下温度可达约172 °C。