成果简介
如今，尽管据报道最近在模仿天然结构材料（尤其是珍珠层）方面取得了进展，但以通用、可行和可扩展的方式设计仿生超强复合材料仍然是一项长期挑战。本文，江南大学Jing Huang、东为富等研究人员在《ACS Nano》期刊发表名为“Pistachio-Inspired Bulk Graphene Oxide-Based Materials with Shapeability and Recyclability”的论文，研究受天然开心果壳结构的启发，提出一种通过反复捏合来生产具有开心果模拟结构的纳米复合材料的策略。石墨烯动态共价和超分子聚（硫代钠）（pST）系统中的氧化物（GO）。聚合物主链的动态特性赋予所得的GO基复合材料完全可回收性和三维成型性。仿开心果复合材料的优异机械性能可归因于结构中的榫眼连接设计，这在仿珍珠层复合材料中尚未实现。所得复合材料还表现出高导热性（15.6 W/(m·K)），为工程和热管理材料的设计提供了新方法。
图文导读
图1. (a-b) 天然珍珠层和开心果壳的横截面图。(c) ST单体的开环聚合。(d) 结构上具有榫卯接头的模GO基纳米复合材料的制造示意图。
图2. (a) 原始GO纳米片和 (b) GO-SH 纳米片的TEM图像。(c) GO 纳米片和 (d, e) GO-SH纳米片的AFM图像。
图3. (a) GO 和GO-SH的XRD图谱。(b) GO、GO-SH和MPTS的FTIR光谱。(c) GO和GO-SH的TGA 曲线。(d) GO、ST和GO/pST悬浮液 (1 g/L) 的紫外-可见光谱。
图4. GO/pST (1:0.5) 测量的流变数据随 (a) 应变幅度和 (b) 频率的变化（实心点，G ‘ 和空心点，G ” ）。(c) 复合材料的储存和损耗模量和粘度 (η) 的温度依赖性。(d) 通过简单揉捏 GO/pST (1:0.5) 纳米复合材料获得的不同形状的光学图像，包括球体、蜗牛、薄片甚至玫瑰花状。
图5. (a) 模拟珍珠层 GO、(b) 模拟珍珠层 GO/pST、(c) 模拟开心果GO/pST纳米复合材料的截面形态的SEM图像，以及相应的高分辨率TEM显微照片。
图6. (a) 模拟珍珠层GO、模拟珍珠层GO/pST和模拟开心果GO/pST纳米复合材料的机械性能。(b) 回收开心果模拟物GO/pST (1:0.5) 的拉伸曲线。(c) 开心果模拟GO/pST (1:0.5) 三点弯曲的应力-应变曲线。(d) 纳米复合材料回收过程的示意图。
图7. (a) 纳米复合材料在加热和冷却模式下的温度变化。(b) 纳米复合材料在冷却模式下的散热过程。(c) GO/pST (1:0.5) 和 GO/pST (1:1) 在不同温度下的热导率。(d) 智能手机和覆盖有 GO/pST (1:0.5) 纳米复合薄膜的智能手机的热图像。
小结
本文，展示了一种基于在动态共价pST系统中反复捏合GO纳米片的可推广和可扩展的方法，并表明在微结构上制造具有榫眼接头的开心果模拟纳米复合薄膜是简单的。由于pST的高动态特性，开心果模拟GO基纳米复合材料具有延展性和可塑性。在 pST系统中去除水后，pST 可以通过离子键重新组装成聚合物网络。干燥的开心果模拟纳米复合材料表现出优异的强度（260.8 MPa）和韧性（11.4 MJ/m 3）。此外，pST 的动态共价组装过程的性质使基于 GO 的纳米复合材料具有闭环可回收性。更重要的是，所得复合材料具有高导热性（15.6 W/(m·K)），在工程和热管理材料中具有潜在应用
文献：https://doi.org/10.1021/acsnano.2c00281
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