折疊法制備層壓石墨烯復合材料，顯著提升材料機械性能

折疊法制備層壓石墨烯復合材料，顯著提升材料機械性能

近日，石墨烯研究著名學者、韓國蔚山國立科技大學的Rodney S. Ruoff教授課題組（通訊作者）在國際頂級期刊 Advanced Materials上發(fā)表 “Folding Large GrapheneonPolymer Films Yields Laminated Compositeswith Enhanced Mechanical Performance”的論文。第一作者為Bin Wang。研究人員將≈400nm厚的A5尺寸（21 cm×15 cm）PC薄膜折疊了一半，產生了一個≈0.4mm厚的塊狀“梁狀”樣品，其中1024層，橫向尺寸為2.6 cm ×0.11厘米。通過對該過程的簡單修改，可以生產石墨烯薄膜覆蓋的PC，在折疊時產生PC /石墨烯復合物；然后三點彎曲試驗來研究機械性能。與未折疊的對照樣品相比，折疊純PC膜或PC /石墨烯膜導致增強的機械性能。折疊方法可以擴展/應用于其他2D納米材料，設計和制造具有增強的機械性能的宏觀層壓復合材料。折疊導致復合材料相對于簡單堆疊的對應物的額外硬化，強化和韌化：石墨烯和折疊的協(xié)同相互作用導致利用石墨烯增強材料的理想性質。

圖1 A5尺寸≈400nm厚的聚碳酸酯（PC）薄膜的折疊示意圖，強調了前四個水輔助折疊步驟，涉及使用自組裝單層（SAM）圖案化基板。

圖2 復合結構的SEM圖像

a，b）PCG薄膜（S-PCG）的1024個堆疊層的橫截面，以及折疊10次的F-PCG復合材料的c，d）橫截面，和e）折疊邊緣（樣品的左側）在（c））。

圖3 S-PC，S-PCG，F-PC和F-PCG復合材料的拉曼光譜

a）單層PC和PCG的拉曼光譜。插圖顯示石墨烯在PCG中的G帶位置和PC帶是可區(qū)分的。 b）四個測試多層的“平面”區(qū)域的拉曼光譜的比較。 c-f）“平面”區(qū)域（c，d）中D到G帶（ID / IG）的強度比的拉曼圖，以及S-PCG和F-PCG（e，f）的“邊緣”區(qū)域的拉曼圖。

總之，研究人員使用水基技術將A5尺寸的聚碳酸酯膜折疊一半4次，然后再手動折疊6次，從400nm厚的單層膜到厚度約0.4mm的具有1024層的塊狀材料。該方法還用于將單層石墨烯薄膜嵌入復合結構中，該復合結構還具有1024層和相似的總厚度，從而形成具有石墨烯的新型復合材料。因此，通過折疊增加了石墨烯增強的貢獻，表明來自折疊和石墨烯的協(xié)同增強機制，如通過協(xié)同因素量化的。本工作中提出的模型可能有助于嵌入多層3D復合材料中的二維材料的設計，可以在大尺寸下實現。通過折疊制成的協(xié)同增強的石墨烯增強復合材料能夠利用石墨烯的理想特性，在航空航天和汽車工業(yè)中大規(guī)模應用。此外，通過組合提供特殊功能的各種2D材料，使用折疊來獲得用于許多其他潛在應用的宏觀材料，包括但不限于能量存儲和轉換以及熱管理。

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