石墨烯納米層與輪烷交聯(lián)。
石墨烯由排列成蜂窩狀的碳原子層組成，由于其出色的導(dǎo)電性和機械優(yōu)勢而被公認為超級材料。這些特性是推動柔性電子產(chǎn)品、創(chuàng)新電池和航空航天應(yīng)用復(fù)合材料發(fā)展的關(guān)鍵。盡管有這些好處，但制造彈性和耐用的薄膜一直很困難。在最近一期的《應(yīng)用化學(xué)》中，研究人員提出了一種解決方案，即通過可擴展的橋接結(jié)構(gòu)連接石墨烯納米層，從而有可能克服以前的局限性。
微觀石墨烯納米層的特殊性能在組裝成箔時通常會下降，因為它們僅通過相對較弱的相互作用(主要是氫鍵)結(jié)合在一起。試圖通過引入更強的相互作用來改善石墨烯箔的機械性能的方法僅取得了部分成功，在材料的可拉伸性和韌性方面還有很大的改進空間。
創(chuàng)新交聯(lián)技術(shù)
上海交通大學(xué)(中國)的徐州燕領(lǐng)導(dǎo)的研究小組采用了一種新方法：他們將石墨烯納米層與機械互鎖分子交聯(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”(一種大的環(huán)狀分子)，它“穿”在“軸”(分子鏈)上。大分子基團覆蓋在軸上，以防止輪子脫開。該團隊用帶電基團(銨)構(gòu)建了軸，將輪子固定在特定位置。
通過連接劑將分子“錨”(OH 基團)附著在輪軸和車輪上。石墨烯被氧化制成氧化石墨烯，在石墨烯層的兩側(cè)形成各種含氧基團。這些基團包括羧基，它們可以與 OH 基團結(jié)合(酯化)。該反應(yīng)使車輪和輪軸交聯(lián)各層，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，必須克服輪子和軸上的銨基之間的吸引力，這會增加拉伸強度。增加的應(yīng)力最終導(dǎo)致軸被拉過輪子，直到它“撞擊”端蓋。這種運動延長了輪烷橋，使各層可以相互滑動，從而顯著提高了薄膜的拉伸性。
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