清華大學(xué)在多功能石墨烯宏觀組裝體研究方面取得新進(jìn)展

清華大學(xué)在多功能石墨烯宏觀組裝體研究方面取得新進(jìn)展

7月3日，清華大學(xué)材料學(xué)院朱宏偉教授課題組在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上發(fā)表了題為《基于仿生礦化過程合成可再造型、自修復(fù)的多功能石墨烯復(fù)合材料》(Synthetic Multifunctional Graphene Composites with Reshaping and Self-Healing Features via a Facile Biomineralization-Inspired Process)的研究論文。該論文提出了一種室溫下快速合成多功能石墨烯宏觀組裝體的方法。通過調(diào)節(jié)水分含量調(diào)控石墨烯組裝體的軟硬狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)反復(fù)造型功能及可回收性，有望用于石墨烯材料的多維多尺度快速加工與成形。

石墨烯是一種具有優(yōu)異力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)性能的二維碳材料。石墨烯的高效制備及宏觀組裝對其規(guī)模應(yīng)用具有重要意義。目前，石墨烯宏觀組裝體的常規(guī)制備方法需要嚴(yán)格的反應(yīng)條件，且一旦成形后，不可再被重塑或回收。因此，在需要復(fù)雜形狀石墨烯結(jié)構(gòu)與器件的應(yīng)用場合，可任意塑性的石墨烯宏觀體尤為重要。

為解決上述問題，朱宏偉教授課題組將具有豐富官能團(tuán)的氧化石墨烯加入仿生礦化凝膠體系，形成氧化石墨烯、無定形碳酸鈣納米粒子、聚丙烯酸交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(如圖)。該復(fù)合材料在濕潤狀態(tài)下具有柔性、延展性及可拉伸性，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜造型。在干燥條件下保持原有造型，具有高強(qiáng)度、韌性及硬度。通過水分控制實(shí)現(xiàn)了兩種狀態(tài)的可逆轉(zhuǎn)變。此外，該復(fù)合材料具有極佳的重塑性和自愈合能力，可進(jìn)一步修飾或加工以滿足各種特定的應(yīng)用需求(如能源儲存、促動(dòng)器、傳感器)。該方法具有簡便、高效、低成本等特點(diǎn)，可推廣至其它材料的靈活組裝。

近年來，朱宏偉教授研究團(tuán)隊(duì)專注于低維材料的可控制備、性能表征及應(yīng)用技術(shù)開發(fā)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、柔性器件、環(huán)境/能源等領(lǐng)域取得了多項(xiàng)重要成果。相關(guān)工作發(fā)表在《化學(xué)學(xué)會評論》(Chemical Society Reviews)、《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)、《納米快報(bào)》(Nano Letters)、《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)等期刊上。

本文第一作者為清華大學(xué)材料學(xué)院2014級博士生林舒媛，通訊作者為朱宏偉教授和日本東京工業(yè)大學(xué)芹澤武教授。本研究得到了國家自然科學(xué)基金委基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目和面上項(xiàng)目的資助。

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