氧化石墨烯的案例
有機改性氧化石墨烯/尼龍纖維的性能研究
以氧化石墨烯為原料，制備有機改性氧化石墨烯，提高石墨烯的分散穩定性，并將其加入到尼龍粉體中，采用熔融紡絲工藝制備有機改性氧化石墨烯/尼龍纖維。
通過X射線衍射、紅外光譜、掃描電鏡、X射線光電子能譜分析等儀器，分析了石墨烯、氧化石墨烯和有機改性氧化石墨烯的結構、形態和分散性特征，結果表明：由改性的氧化石墨烯原料制備的尼龍纖維，物理性能優異，并具備石墨烯特性，具有抗菌、抗紫外、防螨蟲和遠紅外理療等功能。
隨著社會的發展和人民生活水平的提高，人們對紡織品的需求不僅僅在于保暖、耐用和舒適等傳統要求，而是更加追求功能化。石墨烯是從石墨上剝離出來的，是目前發現的可以穩定存在的最薄的、厚度只有一個原子的二維納米材料。其特殊的結構使其具有優異的物理和化學性能，在材料、生物醫藥等方面都有重要的應用市場。以當前的工藝，純石墨烯纖維無法實現量產化，因此需將石墨烯與其他化學纖維相結合，制備出石墨烯復合纖維。由于石墨烯的存在，復合纖維具有抗菌、防螨、遠紅外發熱和抗紫外等功能。本試驗主要研究了一種有機改性氧化石墨烯/尼龍纖維的制備方法，通過“石墨—石墨烯—氧化石墨烯—有機改性氧化石墨烯”的制備技術，將改性后的氧化石墨烯原料與尼龍樹脂通過熔融紡絲工藝制備出具有良好抗菌、防螨、遠紅外發熱、抗紫外等功能的纖維產品。
實驗過程
1、原
?
料
氧化石墨烯，南通強生石墨烯科技有限公司產；
尼龍切片，中國石油化工股份有限公司產；
十六烷基三甲基氯化銨，山東邦化油脂化學有限公司產。
?
2、有機改性氧化石墨烯的制備
石墨烯經高溫氧化、插層剝離法制得氧化石墨烯，再利用氧化石墨烯表面的含氧基團與十六烷基三甲基氯化銨進行氨基反應制備出有機改性氧化石墨烯。
展開 陽離子擴散引導組裝的氧化石墨烯膜及其在乙醇脫水中的應用
氧化石墨烯片層組裝中的結構調控已有廣泛的研究涉及，對于應用在分離過程的氧化石墨烯薄膜來說，其微結構在化學環境中的穩定性和有效性是實現分子分離的一個重要基礎。金屬陽離子因其和氧化石墨烯片層上的六元環區域和氧化官能團區域具有相互作用而能加強氧化石墨烯材料的結構物化性質。
南京工業大學金萬勤課題組近期在Science China Materials上發表論文，他們采用負載了金屬陽離子的基膜用于抽濾氧化石墨烯分散液沉積成膜，在此過程中，水相里氧化石墨烯片層的堆疊和陽離子的擴散同時發生且不會因為陽離子的引入而導致氧化石墨烯分散液絮凝。通過這種制備方法，最終得到了薄而均勻的分離膜層。論文研究了二價和一價陽離子對氧化石墨烯膜層形成的影響以及膜性能的變化，其中二價陽離子修飾后的氧化石墨烯膜表現出了更為顯著的結構穩定性和分離性能。該簡便有效的制備和改性方法對于其他二維材料的結構組裝控制也具有一定意義。
圖1 抽濾氧化石墨烯分散液沉積成膜示意圖
該研究成果最近發表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9401-1。
展開 石墨烯基散熱薄膜的研究進展
1.2 還原氧化石墨烯薄膜
雖然單層或多層石墨烯表現出良好的面內κ，但在沒有襯底的情況下直接應用在熱點上仍然存在障礙。因此，人們在石墨烯或氧化石墨烯片的組裝方法上付出了很大的努力，以獲得獨立的氧化石墨烯薄膜。由于Rouff等通過真空過濾制備出具有優異拉伸強度的氧化石墨烯薄膜，氧化石墨烯在水中具有優異的分散性，因此被廣泛應用于制作二維薄膜或者有機溶劑。在過去的十年中，基于氫鍵相互作用形成一層又一層致密結構的各種組裝方法被開發出來，如靜電紡絲、濕紡、鑄造、噴涂、葉片和棒材涂層。例如，在聚四氟乙烯磁盤中通過溫和蒸發工藝制備的氧化石墨烯薄膜，其k為1100 W/mk，具有20 dB的優異EMI屏蔽性能。在圖2(a-e)中，Xin等報道了用連續卷對卷方法電噴涂沉積氧化石墨烯薄膜，在2200℃退火后，薄膜的κ達到~1200 W/mk。為減小聲子界面散射，采用干泡法制備了厚度僅為0.8 μm的超薄氧化石墨烯薄膜，其κ值為~3200 W/mk
圖2.聚合物的微觀結構示意圖。
最近，連續纏繞生產氧化石墨烯薄膜，結合葉片涂層，輕度熱還原(140°C)和石墨化(2850°C)，其k值為1204 W/mk。值得注意的是，如圖2g和2h所示，采用自熔方法制備的氧化石墨烯薄膜厚度達到了~200 μm，具有很好的工業生產前景。Liu等人報道了一種快速卷對卷工藝來制造連續氧化石墨烯薄膜。經過強化焦耳加熱還原處理后，還原氧化石墨烯膜的k和電導率分別達到1285 W/mk和4200 S/cm。Huang等人提出棒狀涂層策略制備氧化石墨烯膜，石墨化處理后的氧化石墨烯膜的κ值為826 W/mk。
展開 深度解析石墨烯的缺陷對其性質的影響
之所以產生這樣的研究傾向，具體來說可以歸結為兩點：
其一為氧化石墨烯帶有羥基，羧基等含氧官能團，這使得氧化石墨烯具有親水性，可以均勻分散于水中，并且氧化石墨烯與很多鹽類或者親水高聚物存在氫鍵或者離子鍵作用，從而使得這些物質可以在水中均勻的負載在氧化石墨烯上或者與氧化石墨烯混合，這樣的復合材料可以應用于催化，鋰電，超級電容器、藥物導入劑等多個領域，并表現出優良的性質；
其二，氧化石墨烯是在石墨烯表面進行缺陷引入而制備出的材料，因此一定程度上保留了石墨烯大分子片層的結構，這使得氧化石墨烯具有自組裝性質，并且本身有很好的成膜性，從而使得氧化石墨烯在膜領域具有很好的應用前景。
展開 
二維材料的快速三維自組裝: 從氧化石墨烯到二硫化鉬
石墨烯之后的新型二維材料由于缺少表面豐富的功能性基團，導致其無法像石墨烯那樣通過氧化法實現功能化和高度的分散性。因此在將這些新型二維材料構筑成三維結構時會遇到很多困難。
清華大學深圳研究生院呂偉課題組與天津大學楊全紅課題組借助1,4-丁二醇二縮水甘油醚(BDGE)與氧化石墨烯上羧基的相互作用， 實現了氧化石墨烯的快速三維組裝。此工作近期發表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9363-7。
圖1 氧化石墨烯與二硫化鉬的三維自組裝結構
本工作通過表面活性劑分散其他二維材料并實現材料表面官能化，借助于這些表面官能團與BDGE的相互作用， 發展出一種普適的二維材料快速三維自組裝方法。 以二硫化鉬為例，組裝形成的三維結構顯著提高了表面利用率，極大地改善了其作為鈉離子電池負極材料的電化學性能。
來源：中國科學材料
展開 石墨烯在涂料中的應用
結果表明，改性石墨烯因分散更均勻，加入改性石墨烯可以更有效地提高涂層的防腐防污性。劉文超以氧化石墨烯（晶瑞單層氧化石墨烯0.5-1.2）作為納米銀的載體，制備了氧化石墨烯/納米銀復合材料。結果表明，復合材料具有良好的抑菌性和明顯的殺菌效果，可用于制備海洋防污涂料。
5、石墨烯（晶瑞單層0.5-1.5nm）在聚合物水泥防水涂料中的應用
氧化石墨烯（晶瑞單層氧化石墨烯0.5-1.2）改性的聚合物水泥防水涂料具有良好的耐久性、抗滲性以及物理力學性能。呂生華等采用溶液共混法將石墨烯加入到以丙烯酸酯類聚合物與水泥復合而成的聚合物水泥防水涂料中，石墨烯豐富的含氧基團可調節水泥水化產物的生長，使涂膜的拉伸強度、斷裂伸長率、抗滲性等物理性能得到明顯提升。
6、石墨烯（晶瑞單層0.5-1.5nm）在阻燃涂料中的應用
石墨烯的二維片層結構，使其在涂料中層層疊加，可形成致密的物理隔絕層，起到突出的物理隔絕作用，提高阻燃性能。李洪飛等在丙烯酸膨脹阻燃涂料中加入氧化石墨烯，對其阻燃性能進行了研究。結果表明，將適量的氧化石墨烯（晶瑞單層氧化石墨烯0.5-1.2）加入到阻燃體系中，會在涂料受熱膨脹時誘導聚合物分子鏈取向和生成“骨架”物質而顯著增強碳層，發揮阻燃作用。當加量為2.5%時效果最佳，耐燃時間增加 42％。
展開 浙江大學高超團隊：手性石墨烯纖維構筑的高靈敏度溶劑驅動系統
高超教授團隊從這兩個方面出發，提出了一套解決方法：
（1）以價格低廉的氧化石墨烯分散液做為原材料，參照工業紡紗的原理制備連續加捻的手性氧化石墨烯纖維。在加捻的同時賦予其良好的柔韌性，并在纖維內部儲存大量的應力勢能。
（2）借用天然生物材料的設計理念，將不同手性的纖維組裝在一起，通過控制纖維輸出的扭矩大小，得到了一系列高靈敏度，高能量輸出效率的溶劑驅動系統，并且可以收集動能，電能和重力勢能等不同能量。
圖1. 連續加捻工藝制備手性氧化石墨烯纖維的示意圖
研究人員利用微流道技術，采用濕法紡膜的方式使氧化石墨烯水溶液注入凝固浴中，得到柔性極佳的氧化石墨烯膜。加捻后，可使薄膜在法向力的作用下沿著統一方向形成螺紋狀織構。法向力的作用方向可以控制螺紋的走向，從而使纖維具有“左”和“右”兩種手性。纖維的表面非常均勻，內部結構也很致密，呈現出極佳的力學性能。
圖2. 手性纖維的溶劑驅動性
研究者研究了手性氧化石墨烯纖維的溶劑驅動能力。由于氧化石墨烯與極性溶劑具有良好的親和力，在與極性溶劑接觸時內部儲存的應力勢能得到釋放，從而發生急速的轉動。這種驅動模式是可以多次循環進行的，以它為單元構筑成雙基元的驅動系統。當兩個基元手性相同時，在溶劑的刺激下輸出同向的合扭矩，發生快速的扭轉；當兩個基元手性相反時，輸出的扭矩大小相同，方向相反合扭矩為零，體系與溶劑接觸時不發生任何轉動。在同手性體系中，其能量輸出大小可以通過控制兩個基元的間距來控制：間距越小，能量輸出越高。這就是手性控制理念的基本體現，它可以用在織物中，并在溶劑中控制織物的扭轉變形。
圖3. 高靈敏度的電能收集系統
進一步將三個手性纖維基元組裝在一起，提出一套高靈敏度的電能收集系統。他們將一塊磁鐵與纖維連接在一起，并在四周放上磁感銅線圈。
展開 50-600nm厚度的高遷移率、柔性大面積石墨烯薄膜
50-600nm厚度的高遷移率、柔性大面積石墨烯薄膜
50-600nm厚度的高遷移率、柔性大面積石墨烯薄膜
來源 | Nano-Micro Letters 原文 | https://doi.org/10.1007/s40820-023-01032-6 01 背景介紹 石墨烯納米膜是石墨烯的體相形態之一，其繼承了單層石墨烯的原子結構和電子、聲子行為特征，同時具有寬的作用截面、長的載流子弛豫時間，是良好的熱學、電學以及光電研究平臺。目前，石墨烯納米膜的可控制備尚未實現。本文以氧化石墨烯(GO，杭州高稀科技)/聚丙烯腈(PAN)復合薄膜為前驅體，利用基底替換和協同石墨化策略，制備了大面積、密堆積的組裝石墨烯納米膜(nMAG)(橫向尺寸，20cm；厚度范圍，50-600 nm)。nMAG具有良好的電學性能：載流子遷移率，1540 cm2V?1 s?1；電導率，2.04 MS m?1；載流子壽命4.7 ps。將其應用于電磁屏蔽，nMAG的高電導率降低了其最低商用厚度(100 nm，20 dB)；將其應用于紅外探測，nMAG的強光致熱發射效應將石墨烯/硅二極管的響應波長從1.5 μm擴展到了4 μm。此外，作者將nMAG(200 nm)和聚乙烯醇(PVA)層層組裝成10 μm厚的石墨烯膜，通過PVA的分解構建nMAG氣體逸散通道，抑制氣囊的產生、降低組裝石墨烯厚膜的褶皺密度，進而提升薄膜導電、導熱能力。 展到了4 μm。此外，作者將nMAG(200 nm)和聚乙烯醇(PVA)層層組裝成10 μm厚的石墨烯膜，通過PVA的分解構建nMAG氣體逸散通道，抑制氣囊的產生、降低組裝石墨烯厚膜的褶皺密度，進而提升薄膜導電、導熱能力。 02 成果掠影 浙江大學高超課題組以氧化石墨烯(GO，28 μm，杭州高稀科技)/聚丙烯腈(PAN)薄膜為前驅體，利用基底替換和協同石墨化策略，制備了大尺寸和緊密堆疊的組裝石墨烯納米膜(nMAG，橫向尺寸20 cm，厚度范圍50-600 nm)。
展開 綜述熱管理材料—石墨烯
LPE工藝有兩種類型，一種是純機械剝離，在液體中使用剪切力或名義力，例如通過超聲，克服石墨中的范德華力，直接產生原始的石墨烯薄片。另一種方法涉及剝離過程中的化學反應，即石墨顆粒首先膨脹和氧化，然后剝離以產生氧化石墨烯懸浮液，該懸浮液隨后可被還原生成所謂的還原氧化石墨烯(rGO)。目前報道的大多數LPE工藝都源于 Hummers 方法，并進行了修改，如使用不同的氧化劑和溫度，使生產過程更安全，更環保。與純液體機械剝落法相比，還原氧化石墨烯片制備石墨烯具有橫向尺寸大、分散性好、工業化生產規模大等優點，但石墨烯晶格缺陷較多，石墨烯材料雜質較多。
基于LPE石墨烯的散熱器已經被證明可以冷卻高達1750 W/cm2的熱點。Zhang等人采用真空過濾和滴涂兩種方法從純機械LPE石墨烯懸浮液中制備石墨烯薄膜作為散熱片。測量結果表明，由于石墨烯晶體的缺陷和石墨烯薄片之間巨大的接觸電阻，液滴涂覆石墨烯薄膜的平面內導熱系數約為110 W/(mK)，遠低于膠帶剝落石墨烯薄膜。使用真空過濾石墨烯散熱器和液滴涂覆石墨烯散熱器在熱點處分別檢測到溫度下降6°C和4°C。有限元模擬結果表明，石墨烯薄片在散熱片內的排列方向和石墨烯與芯片表面的熱邊界阻是決定散熱片性能的關鍵參數。
Han等人使用嵌入氧化石墨烯模式也觀察到GaN發光二極管(led)的散熱性能得到改善。首先將氧化石墨烯分散體涂覆在藍寶石襯底上，然后在1100℃下用氫氣熱還原。然后用光刻法對氧化石墨烯進行圖像化，并通過外延生長在其上生長GaN層。在這一步之后，LED結構被制造出來，因此圖案化的氧化石墨烯被嵌入到下面。實驗結果表明，rGO嵌入式LED的芯片表面峰值溫度比常規LED低約5℃，如圖5所示。
圖5.芯片表面紅外圖像。
展開 浙大高超教授團隊《Nano Letters》：流變學調控助力實現高性能石墨烯纖維材料宏量制備
石墨烯纖維是由氧化石墨烯前驅體直接制備的纖維，相比于傳統的PAN基或者瀝青基碳纖維，其具有更大的晶區尺寸和結晶度，這使得石墨烯纖維同時展現出高導電、高導熱以及高力學性質的結構功能一體化特性。通過去十年的研究， 石墨烯纖維的導電率已經達到了1.2×106 S m-1, 導熱率達到了1480 W m-1K-1, 力學強度達到了3.2 GPa。但是由于氧化石墨烯是一種典型的二維高分子，呈現平面構象，不具類似于一維線性高分子的鏈纏，這使得氧化石墨烯溶液展現極弱的粘彈性和拉伸流動性能。
引入聚合物是一種常見提高溶液拉伸流動性的常見方法，但是由于氧化石墨烯是一種單原子層薄膜，極大的橫縱比使其嚴重阻礙了復合分散體系中聚合物的鏈纏結，使得復合體系中聚合物有效鏈纏結濃度遠高于純的聚合物體系。通常要加入超過95 wt.% 常見聚合物才使得聚合物在氧化石墨烯/聚合物分散體系中形成整體鏈纏結網絡，從而確保混合溶液能夠無展現出較高的粘彈性和可拉伸流動性。但是極高的聚合物含量又會限制最后所得到的石墨烯纖維的綜合性能。根據聚合物稀溶液理論，增加分子量能夠有效降低聚合物臨界纏結含量，于是我們選用了分子量高達3000萬的超高分子量聚合物來降低復合體系中聚合物的含量。超高分子量聚合物能夠有效規避氧化石墨烯片層從而形成整體纏結網絡，30 wt.%聚合物添加劑能夠有效增強氧化石墨烯溶液的粘彈性，使其拉伸比從84%提高到1200%，從而實現了高速吹紡制備石墨烯纖維材料，其紡絲速度高達556 m min-1，比之前濕紡提高了兩個數量級，達到了化工纖維的生產水平。
圖1. 高速吹紡制備石墨烯纖維材料
圖2.
展開 用于電磁干擾屏蔽的Mxene和石墨烯氣凝膠的制備、進展、面臨挑戰和前景
同時，在氧化石墨烯分散體中加入叔丁醇(TBA)，以保持氧化石墨烯納米片在冷凍干燥氣凝膠形成過程中的平行排列。隨后，通過逐層打印和冷凍干燥制備層狀氧化石墨烯氣凝膠。層狀結構的長程排列有效地提高了導電率，從而增強了電磁干擾屏蔽性能。然而，由于含氧官能團的存在和共軛體系的破壞，氧化石墨烯的電導率明顯低于石墨烯。此外，熱力學和化學還原方法都會破壞多孔結構，從而限制了獨立氧化石墨烯和還原氧化石墨烯氣凝膠的性能。為了解決這些問題，引入了高導電性材料，與氧化石墨烯或還原氧化石墨烯結合形成復合氣凝膠。
Zhang等人成功制備了以NiCo納米顆粒裝飾的定向多孔氧化石墨烯/單壁碳納米管(SWNTs)氣凝膠。與復雜的3D打印相比，定向凍結是一種更受歡迎的方法。如圖7b所示，定向通道有利于有序導電網絡的形成，并為emw的多次反射提供了空間。結合磁性NiCo納米顆粒引入的磁損失，NiCo@rGO/SWNTs氣凝膠的EMI SE為105 dB，相應的SSE/t值為18711 dB?cm2/g。此外，Fan等人巧妙地將高導電性的2D MXene納米片加入氧化石墨烯中，利用冷凍干燥和熱處理生產出輕質混合泡沫。混合泡沫的導電性隨著MXene的加入而顯著增強，同時保持其低密度。相比之下，混合泡沫的多孔結構有助于增強重復反射的界面，從而有助于電磁波的更大衰減。結果表明，混合泡沫的EMI SE為50.7 dB，顯著高于還原氧化石墨烯泡沫。此外，混合泡沫優異的SSE/t (43690 dB cm2/g)是其優異的導電性和輕質特性的結果。
圖7.(a)層狀石墨烯氣凝膠的合成過程示意圖， (b) NiCo@rGO/單壁碳納米管(SWNTs)氣凝膠。
4.2.
展開 
噴墨打印碳量子點/氧化石墨烯混合墨水制備紙基全固態柔性超級電容器
最近，中國科技大學材料科學與工程學院朱彥武教授課題組在Science China Materials上發表文章，通過噴墨打印碳量子點(CQDs)和氧化石墨烯(GO)組成的混合墨水、采用PVA/H2SO4為凝膠電解質制備了固態柔性超級電容器，并對其性能進行了系統研究。
圖1 碳量子點/氧化石墨烯混合墨水制備紙基全固態柔性超級電容器的性能
本工作通過打印100次混合墨水獲得的超級電容器在100 mV s?1的掃描速率下顯示出~1.0 mF cm?2的比電容, 相比于純GO墨水制備的超級電容器其比電容增加了150%。
通過進一步優化, 基于超級電容器整個裝置(包括紙基、凝膠電解質和活性材料)在0.28 mW cm?3的功率密度下表現出0.078 mW h cm?3的能量密度。 此外， GO薄片具有出色的機械強度， 確保超級電容器具有良好的柔韌性和機械強度， 在彎曲半徑為7.6 mm的條件下彎曲1000次后， 仍保留98%的電容。
這種基于碳基墨水和紙張基材的噴墨打印的技術為低成本、 輕便、 靈活/可穿戴式儲能裝置的大規模制備提供了可能。
展開 浙大高超教授團隊 Science：氧化石墨烯纖維可逆融合和分裂
Adv. 》：常溫發泡法連續制備石墨烯氣凝膠及其AI應用
浙大許震、高超團隊與浙工大吳化平團隊合作《ACS Nano》：在剪切微印刷術研究方面取得新進展
浙大高超團隊成功開發高密度高強度石墨烯微晶格液晶三維打印技術
浙大高超教授團隊：基于自融合效應的高熱通量石墨烯膜的制備
浙大許震、高超與清華徐志平合作《Matter》：單層氧化石墨烯模型闡明二維大分子溶液構象之謎
浙大高超團隊Nanoscale:化腐朽為神奇，從工業廢碳到尺寸可控的石墨烯
香港城市大學陸洋副教授團隊和清華大學徐志平教授團隊合作《Nat. Commun.》：在單層石墨烯力學性質研究中取得進展
浙大高超、許震團隊與西安交大劉益倫團隊合作《Nat.Commun.》
展開 《ACS Nano》氧化石墨烯支撐的納米受限離子液體膜在CO2分離方面的應用
膜分離法作為一種新型的分離方式，以其綠色環保、低功耗、高效率的優異特性成為分離領域的寵兒，但膜分離法天然存在著通量和分離比不可兼得的缺陷，為了盡可能緩解這對矛盾，浙江大學的彭新生教授、孔學謙教授和清華大學的徐志平教授團隊共同合作，設計了一種以氧化石墨烯（GO）為支撐基底，將離子液體受限在GO的二維納米尺寸通道內的薄膜，實現了CO2的高效分離。
近幾年來，利用GO片層堆垛而成的薄膜來實現分子或離子的分離得到了廣泛的研究。其中，有團隊利用GO片層之間的水對CO2的高溶解度特性實現了CO2的有效分離，但是水的易揮發性以及流動性極大地限制了薄膜在高溫環境下和長時間條件下的應用。那么，如果有一種流動性更弱、揮發性更低、沸點更高同時對CO2溶解度更高的液體來彌補上述水的缺陷，是否可以改善薄膜的分離性能和穩定性呢？
基于上述猜想，浙江大學和清華大學團隊合作，選擇了1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（[BMIM][BF4]）這種離子液體來替代水制成以氧化石墨烯為支撐基底的薄膜（graphene oxide supported ionic liquid membrane， GO-SILM）。離子液體是一種飽和蒸汽壓低、粘度大、穩定性強、液態溫度范圍寬的綠色溶劑，同時對CO2又有很高的溶解度，在氣體分離領域已經得到了很多研究，完美符合上述的所有需求。離子液體受限在GO的納米通道內，一方面使氣體的傳輸機制由純GO膜的努森擴散轉變為溶解擴散機制，因此，離子液體對CO2較高的溶解度在CO2的分離過程中發揮了重要作用；另一方面，納米尺度的限制以及離子液體與GO的相互作用對離子液體本身的性質也造成了一定程度的變化，影響了離子液體陰陽離子的分布以及對氣體的溶解和擴散能力，進一步提升了薄膜的分離性能。
展開 具有多種功能的還原氧化石墨烯/聚合物基多孔超材料
02
成果掠影
近期，同濟大學祖國慶課題組受中國傳統折紙工藝啟發，采用單軸/雙軸/三軸熱壓策略，調控氣凝膠多孔結構，構建了具有折疊和內凹多孔結構的高可拉伸、低/負泊松比還原氧化石墨烯（rGO）/聚合物基多孔超材料。該文報道了通過單軸、雙軸和三軸熱壓策略獲得的具有低泊松比或負泊松比的高拉伸多孔氧化石墨烯/聚合物納米復合彈性體。具有正泊松比的高可壓縮性氣凝膠可以通過這些熱壓策略轉化為具有零或負泊松比的高可拉伸多孔超彈性體。具有壓縮和折疊多孔結構的單軸熱壓多孔彈性體具有較高的拉伸性能，斷裂伸長率為1250%，可逆伸長率大于800%。此外，通過雙軸(或三軸)熱壓得到的具有可重入孔結構的多孔間彈性體具有較高的雙軸(或三軸)拉伸性能和負泊松比。證明了所得到的多孔彈性體可以應用于超寬響應應變(0-1200%)和壓力(0-9.5 MPa)傳感器。此外，它們可以應用于智能熱管理和電磁干擾屏蔽，這是通過簡單地通過拉伸來調節多孔微結構來實現的。這項工作為高度可拉伸和負泊松比多孔材料開辟了一條道路，在柔性電子、熱管理、電磁干擾屏蔽、能量存儲等方面具有應用可能性。該成果以“Stretchable and negative-Poisson-ratio porous metamaterials”為題發表在《Nature Communications》。
03
圖文導讀
圖1. 可拉伸負泊松比多孔超材料制備與應用。
圖2. 多孔超材料的形貌、可拉伸性和泊松比。
圖3.多孔超材料拉伸原位形貌及其在熱壓與拉伸過程中的有限元分析。
圖4. rGO/聚合物復合多孔超材料的應變/壓力傳感性能和應用。
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