石墨烯納米層與輪烷交聯(lián)。
石墨烯由排列成蜂窩狀的碳原子層組成，由于其出色的導(dǎo)電性和機(jī)械優(yōu)勢(shì)而被公認(rèn)為超級(jí)材料。這些特性是推動(dòng)柔性電子產(chǎn)品、創(chuàng)新電池和航空航天應(yīng)用復(fù)合材料發(fā)展的關(guān)鍵。盡管有這些好處，但制造彈性和耐用的薄膜一直很困難。在最近一期的《應(yīng)用化學(xué)》中，研究人員提出了一種解決方案，即通過(guò)可擴(kuò)展的橋接結(jié)構(gòu)連接石墨烯納米層，從而有可能克服以前的局限性。
微觀石墨烯納米層的特殊性能在組裝成箔時(shí)通常會(huì)下降，因?yàn)樗鼈儍H通過(guò)相對(duì)較弱的相互作用(主要是氫鍵)結(jié)合在一起。試圖通過(guò)引入更強(qiáng)的相互作用來(lái)改善石墨烯箔的機(jī)械性能的方法僅取得了部分成功，在材料的可拉伸性和韌性方面還有很大的改進(jìn)空間。
創(chuàng)新交聯(lián)技術(shù)
上海交通大學(xué)(中國(guó))的徐州燕領(lǐng)導(dǎo)的研究小組采用了一種新方法：他們將石墨烯納米層與機(jī)械互鎖分子交聯(lián)，這些分子的構(gòu)成要素不是化學(xué)連接，而是不可分離的空間糾纏。研究人員選擇使用輪烷作為連接物。輪烷是一種“輪子”(一種大的環(huán)狀分子)，它“穿”在“軸”(分子鏈)上。大分子基團(tuán)覆蓋在軸上，以防止輪子脫開(kāi)。該團(tuán)隊(duì)用帶電基團(tuán)(銨)構(gòu)建了軸，將輪子固定在特定位置。
通過(guò)連接劑將分子“錨”(OH 基團(tuán))附著在輪軸和車(chē)輪上。石墨烯被氧化制成氧化石墨烯，在石墨烯層的兩側(cè)形成各種含氧基團(tuán)。這些基團(tuán)包括羧基，它們可以與 OH 基團(tuán)結(jié)合(酯化)。該反應(yīng)使車(chē)輪和輪軸交聯(lián)各層，之后氧化石墨烯被還原回石墨烯。
當(dāng)這些薄膜被拉伸或彎曲時(shí)，必須克服輪子和軸上的銨基之間的吸引力，這會(huì)增加拉伸強(qiáng)度。增加的應(yīng)力最終導(dǎo)致軸被拉過(guò)輪子，直到它“撞擊”端蓋。這種運(yùn)動(dòng)延長(zhǎng)了輪烷橋，使各層可以相互滑動(dòng)，從而顯著提高了薄膜的拉伸性。
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