80电影天堂网,少妇高潮一区二区三区99,jαpαnesehd熟女熟妇伦,无码人妻精品一区二区蜜桃网站

  氧化石墨烯（GO）是一種得到廣泛應(yīng)用的二維構(gòu)筑基元，可以組裝成為薄膜、纖維、氣凝膠等結(jié)構(gòu)，其經(jīng)化學(xué)還原后可在宏觀尺度發(fā)揮石墨烯的優(yōu)異機(jī)械性質(zhì)、電導(dǎo)率及熱導(dǎo)率。然而，液相組裝的GO薄膜通常都具有豐富的表面褶皺、折疊及空穴等，這主要受到類似于聚合物溶液的趨膚效應(yīng)的影響。以上不規(guī)整堆疊和結(jié)構(gòu)缺陷將直接降低薄膜的模量，并引發(fā)應(yīng)力集中點削弱薄膜�，F(xiàn)有的研究工作集中于以外力（剪切、拉伸）作用的方式消除這一形貌及其不利影響，因此依賴于復(fù)雜的設(shè)備和處理工藝。從調(diào)控GO自身的組裝行為出發(fā)可有效實現(xiàn)高取向結(jié)構(gòu)的形成，但是目前仍然缺乏對相關(guān)規(guī)律的認(rèn)知。

  鑒于這一背景，北京化工大學(xué)材料學(xué)院于中振教授和張好斌教授團(tuán)隊提出化學(xué)結(jié)構(gòu)調(diào)控策略實現(xiàn)含痕量羧基GO（GO-m）納米片的自發(fā)規(guī)整堆疊，結(jié)合分子建模分析和實驗證實了表面化學(xué)對GO凝膠化及液相組裝的重要影響，組裝得到的薄膜拉伸強(qiáng)度和模量分別為常規(guī)GO（GO-c）的三倍和五倍，為高性能大尺寸長程有序石墨烯薄膜的制備提供新路線。另外，進(jìn)一步利用GO-m的化學(xué)結(jié)構(gòu)調(diào)控其層間氫鍵作用，可使組裝薄膜的拉伸強(qiáng)度最高達(dá)到631 MPa。

  Hummers氧化體系的強(qiáng)氧化作用會過度破壞鱗片石墨的晶格，因此使GO-c生成包括羧基在內(nèi)的豐富含氧基團(tuán)，這將引發(fā)GO分散液在組裝過程中的凝膠化過程，阻礙納米片的自由旋轉(zhuǎn)和構(gòu)象調(diào)整，最終使組裝得到的薄膜出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不規(guī)整現(xiàn)象（圖1）。本文采用具有適度氧化能力的KClO₃氧化劑制備GO-m，因此避免過度氧化和羧基的生成，誘導(dǎo)GO-m實現(xiàn)自發(fā)的取向組裝，得到的GO-m薄膜具有規(guī)整致密的結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能大幅提升。

圖1. 化學(xué)結(jié)構(gòu)調(diào)控策略。

  對GO的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可知，相對于富含羧基的GO-c，GO-m在表征技術(shù)角度下呈現(xiàn)無羧基的特性，這使得GO-m表現(xiàn)出較弱的與水相互作用，這在原子尺度反映為GO-m分子模型對水分子的運動阻力更低，而在宏觀尺度體現(xiàn)為在相同固含量情況下GO-m分散液總具有較低的表觀零切黏度（圖2）。

圖2. GO化學(xué)結(jié)構(gòu)、對水親和性模擬及凝膠化能力。

  GO納米片在組裝過程中將發(fā)生分散液固含量上升、片間距離減小、進(jìn)而形成凝膠網(wǎng)絡(luò)的過程，因此GO分散液可經(jīng)真空輔助抽濾形成不流動的凝膠狀態(tài)，這一中間態(tài)能夠反映GO凝膠化能力對其組裝過程的影響（圖3）。對相同固含量和體積的GO-c和GO-m分散液進(jìn)行真空抽濾處理時，GO-c分散液在較早的組裝階段即形成不流動的凝膠態(tài)，片層未完成堆疊，其空間分布具有較大的各向同性；而凝膠化能力較弱的GO-m在液相中能夠自發(fā)實現(xiàn)更為充分的定向堆疊，因此表現(xiàn)出得到優(yōu)化的組裝行為。

圖3. GO納米片組裝過程。

  基于以上機(jī)理，GO-m納米片在組裝過程中將自發(fā)形成規(guī)整的堆疊結(jié)構(gòu)，得到的GO-m薄膜在原子尺度上具有高于GO-c薄膜的取向程度，與此同時其表面褶皺的生成也受到抑制（圖4）。高度取向的GO-m薄膜層間接觸更為充分，其內(nèi)部存在更少的空穴和應(yīng)力集中點，這為其帶來445 MPa和52.3 GPa的拉伸強(qiáng)度和模量，遠(yuǎn)高于GO-c薄膜（圖5）。

  另外，化學(xué)結(jié)構(gòu)調(diào)控策略還可用于強(qiáng)化GO-m薄膜的層間氫鍵鍵合作用（圖6）。通過堿誘導(dǎo)的環(huán)氧-羥基轉(zhuǎn)化反應(yīng)，可使GO-m的環(huán)氧轉(zhuǎn)化為羥基基團(tuán)，得到羥基化GO-m（HyGO-m），而不對其羧基含量產(chǎn)生影響。相對于GO-m，HyGO-m將在層間構(gòu)建更為致密的氫鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合高度取向的堆疊結(jié)構(gòu)，組裝HyGO-m薄膜的載荷傳遞能力得到進(jìn)一步的加強(qiáng)，其拉伸強(qiáng)度最高可達(dá)631 MPa，為文獻(xiàn)報道GO薄膜的最優(yōu)性能之一。

圖4. 組裝GO薄膜微觀形貌。

圖5. 組裝GO薄膜機(jī)械性能。

  以上工作以“Realizing Spontaneously Regular Stacking of Pristine Graphene Oxide by a Chemical-Structure-Engineering Strategy for Mechanically Strong Macroscopic Films”為題發(fā)表在《ACS Nano》上（DOI: 10.1021/acsnano.1c10561）。文章第一作者是北京化工大學(xué)博士研究生張宇，北京化工大學(xué)張好斌教授為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金和中央高�；A(chǔ)研究基金的資助。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c10561

作者簡介：