美國萊斯大學（Rice University）曾以粉末冶金模板法合成了具有三維結(jié)構(gòu)的石墨烯泡沫，其具有自支撐、高比表面積和導電性，但是想要將這些特性用在高機械性能的領(lǐng)域內(nèi)，該材料還會受到一定的限制。

如今，萊斯大學的科研人員用機械性能較強和高導電性的碳納米管來強化該材料，制備成了“鋼筋石墨烯”泡沫。這種材料能支撐超過自身重量3150倍的重量，擴大了石墨烯泡沫的應用范圍。

上述萊斯大學的研究于今年2月初發(fā)表在國際學術(shù)期刊《美國化學會-應用材料與界面》(ACS Applied Materials & Interfaces)上。該學術(shù)論文的通訊作者和該研究首席研究員James M. Tour表示，此前做的三維石墨烯泡沫的機械強度不夠，無法將其應用在其團隊想要應用的領(lǐng)域，他們選用了碳納米管來加強石墨烯泡沫的機械強度。

碳納米管充當增強條（鋼筋），通過兩個π-π鍵堆積和共價鍵增強石墨烯，其中碳納米管部分解壓縮并結(jié)合形成2D無縫的雜化物，這被結(jié)構(gòu)的石墨烯稱為是“鋼筋石墨烯”。

該研究團隊就是將碳納米管與粉末狀的鎳催化劑和糖混合以獲取碳，然后將該物質(zhì)的干燥顆粒在螺絲釘形狀的鋼模中壓制，通過化學氣相沉積法將糖中的碳轉(zhuǎn)化為石墨烯。除去殘留的少量鎳，最終的結(jié)果是螺絲釘形狀的石墨烯泡沫。此次制備的材料為三維結(jié)構(gòu)的“鋼筋石墨烯”泡沫。

當將該材料放在電子顯微鏡下，研究人員發(fā)現(xiàn)納米管的外層已經(jīng)開始與石墨烯結(jié)合，這使得該材料能夠支撐較重的物體。研究人員經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，該材料可以承載超過其自身重量3150倍的物體，即使當支撐的重量超過其自身重量8500倍時，也僅有25%的結(jié)構(gòu)會發(fā)生永久性變形。相比之下，此前Tour團隊制備的沒有碳納米管強化的石墨烯泡沫支撐物體的重量僅為其自身重量的150倍。

在他們的研究中，他們制備的是一個螺絲釘狀的材料。但Tour表示，利用這種方式可以制備成任何的形狀和尺寸，將這個概念擴展到宏觀材料也是十分有意義的。該研究團隊測試了“鋼筋石墨烯”泡沫作為鋰離子電容器中的高度多孔的導電電極，發(fā)現(xiàn)其在機械和化學性能上都是穩(wěn)定的。這也意味著該“鋼筋石墨烯”泡沫材料有希望作為三維結(jié)構(gòu)的電極，應用在比如鋰離子電池和鋰空氣電池等相關(guān)產(chǎn)品中。