最近，沈陽材料科學國家（聯合）實驗室的成會明、任文才帶領的石墨烯研究團隊在石墨烯三維體材料的宏量制備和應用方面取得重要突破。他們采用兼具平面和曲面結構特點的泡沫金屬作為生長基體，利用CVD方法制備出具有三維連通網絡結構的泡沫狀石墨烯體材料。研究發現，這種石墨烯體材料完整地復制了泡沫金屬的結構，石墨烯以無縫連接的方式構成一個全連通的整體，具有優異的電荷傳導能力、~850 m2/g 的比表面積、~99.7%的孔隙率和~5 mg/cm3的極低密度。并且，這種方法可控性好，易于放大，通過改變工藝條件可以調控石墨烯的平均層數、石墨烯網絡的比表面積、密度和導電性，并且采用基體卷曲的方法，研究人員可制備出170 × 220 mm2及更大面積的石墨烯泡沫材料。相關研究成果于4月11日在Nature Materials上在線發表（DOI: 10.1038/NMAT3001, (2011)）。
　　石墨烯（graphene）是一種新型炭材料，它具有由單層碳原子緊密堆積而成的二維蜂窩狀晶體結構。石墨烯獨特而完美的結構使它具有優異的電學、力學、熱學和光學等特性，例如石墨烯具有100倍于硅的超高載流子遷移率、高達130GPa的強度、很好的柔韌性和近20%的伸展率、超高熱導率、高達2600m2/g的比表面積，并且幾近透明，在很寬的波段內光吸收只有2.3%。這些優異的物理性質使石墨烯在射頻晶體管、超靈敏傳感器、柔性透明導電薄膜、超強和高導復合材料、高性能鋰離子電池和超級電容器等方面展現出巨大的應用潛力。
　　高質量石墨烯的大量制備以及把具有單原子層或數原子層厚度的石墨 烯片組裝成具有特定結構的體材料，對綜合利用石墨烯眾多的優異性質、實現其宏量應用具有極其重要的意義。自2004年以來，科學家們已發展出多種制備石墨烯的方法，包括機械剝離法、SiC或金屬單晶表面外延生長法、化學氧化剝離法、插層剝離法及化學氣相沉積(CVD)法等。2006年，RS Ruoff研究組首先使用化學氧化剝離法制得的石墨烯制備出具有高強度的紙狀石墨烯體材料，隨后人們又相繼制備出石墨烯柔性透明導電薄膜和三維多孔體材料，極大地拓展了石墨烯的應用空間。然而，基于化學氧化剝離法制備的石墨烯體材料往往具有較差的電學性能。最近，CVD方法的迅速發展極大促進了大面積高質量石墨烯的制備及其在透明導電薄膜方面的應用。但是，目前CVD方法多以銅箔、鎳膜等平面型金屬作為生長基體，只能得到二維平面的石墨烯薄膜，雖然適于納電子器件和透明導電薄膜的應用，但難以滿足復合材料、儲能材料等宏量應用的要求。
　　基于石墨烯泡沫獨特的三維網絡結構，金屬研究所科研人員采用原位聚合的方法制備出石墨烯泡沫/硅橡膠復合材料，發現在石墨烯添加量僅為~0.5 wt%的條件下，復合材料的電導率可達~10 S/cm，比基于化學氧化剝離法制備的相同添加量的石墨烯復合材料的電導率提高了6個數量級，也高于基于高質量碳納米管的復合材料的電導率。而且，這種復合材料具有很好的柔韌性和穩定性，在彎折和拉伸等條件下僅有很小的電阻變化（如50%拉伸應變條件下的電阻變化<20%），在應力釋放后可迅速恢復其原有形貌和電阻值，因此是一種理想的彈性導體材料，在柔性顯示器、可穿戴式移動通訊設備和人造皮膚等柔性電子方面具有廣闊的應用前景。
　　該研究團隊提出的以多孔金屬作為生長基體是石墨烯CVD生長的一條新思路，可實現高質量石墨烯的大量制備，也為具有特定結構、性能和應用的石墨烯三維體材料的制備提供了一個基本策略。這種石墨烯三維網絡體材料集成了三維網絡獨特的形貌特征和石墨烯獨特的物理化學性質，不僅具有極低的密度、極高的孔隙率和高比表面積，而且還具有石墨烯優異的電學、熱學、力學性能，拓展了石墨烯的物性和應用空間，為石墨烯在柔性導電、導熱、熱管理、電磁屏蔽、吸波、催化、傳感及儲能材料等領域的應用奠定了堅實基礎。
　　該研究得到了國家基金委和中科院的支持。