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科學國際團隊開發(fā)出一種超強韌、高導電的石墨烯復合薄膜,可在室溫條件下以較低成本制備,有望替代目前廣泛使用的碳纖維材料。
研究顯示,科學家受到天然珍珠母力學結構的啟發(fā),制備出微觀結構類似于珍珠母的有序層狀石墨烯結構。
據說此前將石墨烯單片機械堆疊成較厚的宏觀材料耗時費力。例如制備人頭發(fā)厚度的石墨烯薄膜,需要堆疊15萬層單片石墨烯,且片層間界面作用較弱,力學性能較差。
珍珠母具有高強度、高韌性的力學性能,主要得益于內部規(guī)整的層狀結構和離子鍵、共價鍵、氫鍵等豐富的界面作用。研究人員采用化學制備法而非機械堆疊制備出這種材料。他們借鑒了珍珠母的層狀連接方式,通過在氧化石墨烯層間引入共價鍵、共軛鍵等不同鍵連的交聯(lián)分子,將石墨烯納米片牢固地“縫合”在一起,制造出強韌一體化的高導電石墨烯薄膜。
這種薄膜材料的拉伸斷裂強度是普通石墨烯薄膜的4.5倍,韌性是后者的7.9倍。傳統(tǒng)碳纖維材料的制備條件需超過2500攝氏度,但新材料可在45攝氏度以下的室溫進行制備,強度與碳纖維復合材料相當,成本更加低廉,易實現(xiàn)商業(yè)規(guī)?;苽?。
這種廉價、低溫的高性能多功能石墨烯納米復合材料在航空航天、汽車、柔性電子器件等領域具有廣泛應用前景。