石墨烯的强化剂 用轮烷交联石墨烯纳米层

蜂窝阵列中的碳原子层是一种真正的超级材料：它们具有非同寻常的高导电性和良好的机械性能，可促进可弯曲电子器件、新型电池以及用于航空和太空飞行的创新复合材料的发展。然而，弹性和韧性薄膜的开发仍然是一项挑战。现在，一个研究小组在《Angewandte Chemie》杂志上介绍了一种克服这一障碍的方法：他们通过 “可扩展 “桥接结构将石墨烯纳米层连接起来。

当微观石墨烯纳米层组装成箔时，其特殊性能往往会下降，因为它们只能通过相对较弱的相互作用（主要是氢键）固定在一起。试图通过引入更强的相互作用来改善石墨烯箔机械性能的方法只取得了部分成功，在材料的拉伸性和韧性方面还有很大的改进空间。

中国上海交通大学Xuzhou Yan领导的研究小组采用了一种新方法：他们用机械互锁分子交联石墨烯纳米层，这些分子的结构单元不是化学连接，而是在空间上不可分割地纠缠在一起。研究人员选择使用轮烷作为链接。轮烷是一个 “轮子”（环形大分子），被 “穿 “在一个 “轴”（分子链）上。体积庞大的基团覆盖在轴上，以防止车轮脱线。研究小组用一个带电基团（铵）构建了车轴，将车轮固定在特定位置。分子 “锚”（OH 基团）通过连接剂连接到轴和轮上。石墨烯被氧化成氧化石墨烯，在石墨烯层的两侧形成各种含氧基团。其中包括可与羟基结合的羧基（酯化）。这一反应使车轮和车轴层交联，之后氧化石墨烯被还原成石墨烯。

当这些薄膜被拉伸或弯曲时，必须克服轮和轴上的铵基团之间的吸引力，从而增加拉伸强度。应力的增加最终会导致轮轴被拉过轮子，直至 “撞击 “端盖。这种运动会拉长旋转桥，使各层之间相互滑动，从而显著提高薄膜的拉伸性。

用这种石墨烯-罗克珊薄膜制成的柔性电极可拉伸 20% 或反复弯曲而不会损坏。它们还能保持高导电性。只有拉伸超过 23% 才会导致断裂。新箔的强度（247.3 比 74.8 兆帕）、弹性（23.6 比 10.2%）和韧性（23.9 比 4.0 兆焦耳/立方米）都大大高于不含罗他萨烷的箔。研究小组还制作了一个简单的 “抓取工具”，其机械关节配备了新型箔片，并由新型箔片驱动。

作者简介

Xuzhou Yan博士是上海交通大学（中国）化学系教授，研究方向为机械联锁聚合物和动态聚合物材料。