蜂窩狀排列的碳原子層是一種真正的超級(jí)材料：它們具有異常高的導(dǎo)電性和良好的機(jī)械性能，可以進(jìn)一步發(fā)展可彎曲的電子產(chǎn)品、新電池以及用于航空航天的創(chuàng)新復(fù)合材料。然而，開發(fā)彈性和堅(jiān)韌的薄膜仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
在《應(yīng)用化學(xué)》雜志上，一個(gè)研究小組介紹了一種克服這一障礙的方法：他們通過“可擴(kuò)展”的橋接結(jié)構(gòu)連接石墨烯納米層。
微觀石墨烯納米層的特殊能力通常在組裝成箔時(shí)會(huì)消失，因?yàn)樗鼈儍H通過相對(duì)較弱的相互作用(主要是氫鍵)結(jié)合在一起。
嘗試通過引入更強(qiáng)的相互作用來改善石墨烯箔的機(jī)械性能的方法僅取得部分成功，在材料的拉伸性和韌性方面還留下了很大的改進(jìn)空間。
上海交通大學(xué)(中國)的徐州燕領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)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”(一種大型環(huán)狀分子)，它“穿”在“軸”(分子鏈)上。軸上覆蓋著大分子，以防止輪子脫開。該團(tuán)隊(duì)用帶電基團(tuán)(銨)制造了軸，將輪子固定在特定位置。
通過連接劑將分子“錨”(OH基團(tuán))附著在輪軸和車輪上。石墨烯被氧化成氧化石墨烯，它在石墨烯層的兩側(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)使車輪和輪軸的各層交聯(lián)，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)致軸被拉過輪子，直到它“撞擊”端蓋。這種運(yùn)動(dòng)延長了輪烷橋，使各層可以相互滑動(dòng)，從而顯著提高了薄膜的拉伸性。
由這種石墨烯-輪烷箔制成的柔性電極可以拉伸至20%或反復(fù)彎曲而不會(huì)損壞。它們還保留了高電導(dǎo)率。只有拉伸超過23%才會(huì)導(dǎo)致斷裂。
新箔比沒有輪烷的箔強(qiáng)得多(247.3MPavs.74.8MPa)，彈性更大(23.6%vs.10.2%)，韌性更強(qiáng)(23.9%vs.4.0MJ/m3)。該團(tuán)隊(duì)還制造了一種簡單的“抓取工具”，其機(jī)械接頭配備新箔并由其驅(qū)動(dòng)。
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