氧化石墨烯纤维，实现宏观材料精确可逆
文章来源： OFweek新材料网 更新时间：2021-05-19 14:58:56
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文／陈根 在《西游记》中，孙悟空可以七十二变，变完之后还能丝毫不差得变回去，完美实现了人物的精准可逆。遗憾的是，现实生活中的人类并不具备这种可逆性，但最近科学家发现，材料可以做到。 近日，科学家利用氧化石墨烯纤维的二维基元结构，及其大体积收缩的动态特性，实现了宏观材料的精确可逆。所谓精确可逆，就是要求物体的数量、尺寸、组分、结构和性能等在一次融合、分裂循环之后恢复到原始状态。
碳是自然界最稳定的元素之一，石墨是碳最稳定的单质。科学家发现在厘米级的宏观尺度下，氧化石墨烯纤维不仅能进行变形组装，还能在分解组装后实现复原。这说明，适应性形变，是氧化石墨烯片独有的一种能力，即在宏观尺度上实现精确可逆的分裂。 研究中，科学家们用 13500 根氧化石墨烯纤维，融合成一根细长的黑柱子，柱子的直径为 1．2 毫米，能承受 680 倍于自身重量的重力。为了验证氧化石墨烯柱子的精确可逆性，他们将黑柱子放在水溶剂中，通过解离再分裂等步骤，把原先的黑柱子还原成 13500 条纤维。 这个过程中，氧化石墨烯的体积膨胀率达到了近 40 倍，提供了充分的表面形变的空间。为了验证形变后的氧化石墨烯纤维是否具备起初的功能，科学家们又把纤维重新编织成柔性网，结果发现柔性网依然具备相应的强度，甚至在网上放置一辆玩具车也不会破。 由于氧化石墨烯纤维的壳层结构像皮肤组织一样紧密，因此其可维持单根组装纤维的完整性，融合与分裂的可逆性也能得到保证。经过融合、分裂的循环之后，氧化石墨烯纤维的尺寸、组成、数量、结构和性能，也可恢复到循环前的原始状态。 相比此前的研究，氧化石墨烯基纤维材料尺寸大，可控性强，这对于材料的回收和重复利用、以及研究在可逆组装过程中固体界面的独特现象，有着一定启发意义，对未来精确可逆的组装也会产生积极影响。 此外，氧化石墨烯基纤维的精确可逆能力，还可复制到其他材料上，比如在尼龙、金属、不锈钢丝、玻璃纤维等表面涂上一层氧化石墨烯，这些材料也可产生“组装—精确还原”的功能。 未来，有望通过进一步的机理研究，获得更多对于二维大分子组装结构的深入理解，以此来拓宽这种材料在多领域的实际应用。 |
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