由“扩散驱动的层式组装法”制备的多孔石墨烯基结构的电镜图片
日本研究人员最近发明了一项名为“扩散驱动的层式组装法”的技术，该技术可将石墨烯变为多孔三维结构，使得石墨烯有望用于电池和超级电容器上。该项研究最近发表于《Nature Communications》。
石墨烯从本质上来说是单层石墨，拥有很高的机械稳定性及极好的导电性。石墨烯通常被人们认为未来发电和储能方面的革命性材料。
然而，成也萧何，败也萧何，石墨烯的超薄结构正是石墨烯面向应用的一大阻碍。当人们试图将石墨烯片层插入其他材料中时，石墨烯片层极容易相互堆垛，导致石墨烯独特性质丧失。目前有几种方法能够解决这一问题，但是这些方法通常造价昂贵，耗时耗力，难以规模化。
为了解决这一问题，日本京都大学电池材料学院的研究人员运用聚合物化学中的一个理念，能够将石墨烯组装成多孔三维结构材料，并且阻止石墨烯片层的相互堆垛。日本的研究人员将氧化石墨烯插入带相反电荷的聚合物中，这两种材料可以形成一种稳定的复合层，这一过程也被称为“界面络合”。
有趣的是，这种聚合物能通过界面不断扩散从而产生额外的反应，因而能够使得石墨烯基复合材料发展成为厚的多层结构。因此，我们称这一过程为“扩散驱动的层式组装法”。
这种泡沫状多孔结构最大化的利用了石墨烯的优点。通过简单的改变实验条件，可以大范围调整孔的结构。此外，该方法能够大规模制造大面积的薄膜，这对于发电或储能类电极和薄膜材料至关重要。
“尽管在这项研究中我们仅证明了能够制造石墨烯基材料，但是我们坚信这项新技术完全能够作为大范围纳米材料组装的通用方法”，这项研究的主要审查人Franklin Kim如是说。