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中國科技大學(xué)徐安武教授--生物合成聚合物與氧化石墨烯自組裝成納米復(fù)合薄膜及其增強的力學(xué)性能
       氧化石墨烯(GO)一直被認為是有前途的多用途二維材料。但是,自支撐氧化石墨烯薄膜強度和柔韌性較差,這限制其大規(guī)模生產(chǎn)和長久耐用性。基于軟體動物殼中珍珠層分級結(jié)構(gòu)中的有機和無機成分之間的關(guān)系,受此啟發(fā),構(gòu)建了自組裝層狀石墨烯基復(fù)合薄膜。該復(fù)合材料的有機相是在細菌生產(chǎn)γ-聚谷氨酸(PGA)的基礎(chǔ)上,通過環(huán)保和經(jīng)濟有效的方法制備而來。常溫下通過緩慢溶劑揮發(fā)法制備了GO、PGA和二價陽離子(Ca2+)復(fù)合薄膜,得到了珍珠層狀的層狀結(jié)構(gòu)。這些生物基納米復(fù)合薄膜顯示出極好的力學(xué)性能,這歸因于氫鍵與細菌產(chǎn)生的PGA以及離子與鈣離子(Ca2+)之間的協(xié)同作用。GO/PGA/Ca2+復(fù)合膜的強度為150±51.9 MPa,楊氏模量為21.4±8.7 GPa,比純GO膜分別提高了120%和70%以上。該工作為制備優(yōu)良機械性能的石墨烯基薄膜提供了合理的設(shè)計策略,可將其應(yīng)用于造紙,食品,飲料,顏料和制藥行業(yè)中廢水的過濾純化,以及功能性膜和表面涂層等。
 
  
Figure 1. GO/PGA/Ca2+復(fù)合薄膜的制備示意圖。
 
  
Figure 2. 在GO:PGA不同比例時,GO/PGA/Ca2 +納米復(fù)合材料的機械性能。納米復(fù)合材料(a)的拉伸強度和(b)楊氏模量。
 

Figure 3. 珍珠狀薄膜的橫截面SEM圖像:(a)GO,(b)GO/Ca2 +,(c)GO/PGA和(d)GO/PGA/Ca2+復(fù)合膜。用Ca2 +溶液處理后,層狀結(jié)構(gòu)變得越來越致密。
 
 
Figure 4. (a)通過單軸拉伸試驗得到的GO,GO/PGA和GO/PGA/Ca2 +復(fù)合膜的典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線。(b)GO(黑色),GO/PGA(藍色)和G /PGA /Ca2+(紅色)復(fù)合薄膜的拉伸強度和楊氏模量特性。
 
        該研究工作由中科大徐安武教授,荷蘭代爾夫特理工大學(xué)Marie-Eve Aubin-Tam和美國羅切斯特大學(xué)Anne S. Meyer合作于2020年發(fā)表在ACS Nano期刊上。原文:Bioproduced Polymers Self-Assemble with Graphene Oxide into Nanocomposite Films with Enhanced Mechanical Performance。

轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號

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