石墨烯材料具有优异的力学和电学性能，在各个领域得到了广泛的应用。然而，在将石墨烯片组装成大规模石墨烯材料和复合材料的过程中存在的石墨烯片之间的空隙以及石墨烯片褶皱两个障碍影响了所得到的石墨烯材料的性能。在过去的十年里，人们已经开发了几种策略来消除这些障碍。利用这些策略，人们获得了强大的宏观尺度石墨烯材料，例如抗拉强度超过3.4 GPa的石墨烯纤维和抗拉强度超过1.5 GPa的薄板。
近日，北京航空航天大学程群峰教授综述了近年来制备高强度石墨烯材料的研究进展。
文章要点
1）作者总结了用于制备高强度石墨烯材料的一系列有效的策略，包括填充、去皱、协同策略和冷冻拉伸诱导取向。此外，还总结了所获得的石墨烯材料在电磁屏蔽、热导、离子传输和电化学性能等几个重要应用方面的优异性能。填充是将小尺寸纳米片填充到石墨烯材料的空隙，获得致密的石墨烯材料的一种有效策略。去皱主要通过离心力、微流体力、压力、剪切力、微光刻力和塑化拉伸力等外力来改善石墨烯片层的取向。协同策略通常将上述两种方法结合在一起，从而实现良好的取向和致密的石墨烯材料。此外，通过界面相互作用的冷冻拉伸诱导取向，可以获得超强可拉伸石墨烯薄片。
2）目前，已报道的策略主要适用于小规模制备强石墨烯材料。因此今后还应进行实际应用方面的研究。首先，通过填充和除皱的策略，可以大规模、容易地制备出性能优异的石墨烯材料，并将其应用于实际应用。其次，研究包括上述概括的策略在内的压实材料方法。最后，这些策略也可用于其他具有显著性能(例如机械性能和导电性)的2D纳米材料(例如MXene和BP)。除了2D纳米材料，其他低维材料，如碳纳米管、丝、棉等，也可以采用上述化学策略来提高机械性能。
参考文献
Tianzhu Zhou, et al, Chemical strategies for making strong graphene materials, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202102761
https://doi.org/10.1002/anie.202102761
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