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清華大學在多功能石墨烯宏觀組裝體研究方面取得新進展

作者:管理員

7月3日,清华大学材料学院朱宏伟教授课题组在《先进材料》(Advanced Materials)上发表了题为《基于仿生矿化过程合成可再造型、自修复的多功能石墨烯复合材料》(Synthetic Multifunctional Graphene Composites with Reshaping and Self-Healing Features via a Facile Biomineralization-Inspired Process)的研究论文。该论文提出了一种室温下快速合成多功能石墨烯宏观组装体的方法。通过调节水分含量调控石墨烯组装体的软硬状态,实现反复造型功能及可回收性,有望用于石墨烯材料的多维多尺度快速加工与成形。

石墨烯是一種具有優異力學、電學、熱學和光學性能的二維碳材料。石墨烯的高效制備及宏觀組裝對其規模應用具有重要意義。目前,石墨烯宏觀組裝體的常規制備方法需要嚴格的反應條件,且一旦成形後,不可再被重塑或回收。因此,在需要複雜形狀石墨烯結構與器件的應用場合,可任意塑性的石墨烯宏觀體尤爲重要。

爲解決上述問題,朱宏偉教授課題組將具有豐富官能團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、聚丙烯酸交聯網絡結構(如圖)。該複合材料在濕潤狀態下具有柔性、延展性及可拉伸性,可實現複雜造型。在幹燥條件下保持原有造型,具有高強度、韌性及硬度。通過水分控制實現了兩種狀態的可逆轉變。此外,該複合材料具有極佳的重塑性和自愈合能力,可進一步修飾或加工以滿足各種特定的應用需求(如能源儲存、促動器、傳感器)。該方法具有簡便、高效、低成本等特點,可推廣至其它材料的靈活組裝。

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                                            氧化石墨烯宏观组装体的形成机理及造型展示

近年来,朱宏伟教授研究团队专注于低维材料的可控制备、性能表征及应用技术开发,在结构设计、柔性器件、环境/能源等领域取得了多项重要成果。相关工作发表在《化学学会评论》(Chemical Society Reviews)、《先进材料》(Advanced Materials)、《纳米快报》(Nano Letters)、《科学进展》(Science Advances)等期刊上。

本文第一作者爲清華大學材料學院2014級博士生林舒媛,通訊作者爲朱宏偉教授和日本東京工業大學芹澤武教授。本研究得到了國家自然科學基金委基礎科學中心項目和面上項目的資助。

                                                                                                   (来源-清華大學新聞網)