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浙江大學Chao Gao課題組--聚合物插層輔助層狀氧化石墨烯材料的精密熱塑性加工
      加工能力對于材料的廣泛應用以按需鍛造結構至關重要。基于石墨烯的宏觀材料已顯示出優異的機械和功能性能。然而,與通常的聚合物和金屬不同,石墨烯材料表現出有限的可變形性和可加工性以進行精確成型。在這里,我們提出了一種通過從氧化石墨烯 (GO) 前體中插入聚合物來精確熱塑性成型石墨烯材料。插層聚合物通過聚合物鏈的熱活化運動使 GO 固體具有熱塑性。我們檢測到一個臨界最低含量的插層聚合物,它可以擴大層間距超過 1.4 nm 以激活熱塑性,這成為 GO 固體熱塑性成型的標準。通過熱塑性成型,扁平的 GO 復合薄膜被鍛造成高斯曲線形狀并壓印成具有尺寸精度低至 360 nm 的表面浮雕圖案。塑料成型結構保持結構一體化,具有出色的電氣性能(3.07 × 105 S m-1 ) 和熱導率 (745.65 W m -1  K-1 ) 去除聚合物后。熱塑性策略極大地擴展了 GO 材料和其他層狀材料的成型能力,并為更廣泛的應用提供了多功能的結構設計。
  
Figure 1.(a) Pi-GOS 的熱塑性成型過程,從平面薄膜到從宏觀到納米尺度的不同壓紋結構。(b)熱塑性機制示意圖,包括 GO 片材的滑動和聚合物鏈在壓力和加熱下的活化。
  
Figure 2. (a)層間距和 FWHM 與 PVA 和 GO 之間重量比的關系圖。插圖顯示了 1.12 nm ( mPVA / mGO = 0.4) 和 2.23 nm ( mPVA / mGO  = 2) 之間的比較。(b)不同層間距的 Pi-GOS 的玻璃化轉變溫度測量。(c)隨著層間距的增加,儲能模量與溫度的關系曲線。插圖是在 25°C(藍色)和 95°C(紅色)下形成結構與d的變形能力。(d)95 °C (E 95 ) 和 25 °C (E25 ) 與 Pi-GOS 的層間距。
  
Figure 3. (a) Pi-GOS ( d = 3.1 nm) 在 25℃(藍色)和 95℃(紅色)下的典型應力-應變曲線。(b)在25℃(頂部)和95℃(底部)拉伸斷裂后Pi-GOS( d = 3.1 nm)的橫截面形態的SEM圖像。(c)在 25 ℃(藍色)和 95 ℃(紅色)下具有不同d間距的 Pi-GOS 的楊氏模量和伸長率。(d) Pi-GOS在T g以下的脆性拉伸斷裂和T g以上的塑性拉伸斷裂示意圖。
 
Figure 4. (a)Pi-GOS的熱塑性成型過程,從平板紙到具有正曲率的立體結構。(b)相同厚度(32μm)的 Pi-GOS 模壓球殼和(c)圓柱殼壓痕試驗的有限元分析結果。(d0球殼(藍色方形點)和圓柱殼(紅色方形點)的力-位移曲線。實線對應擬合結果。  


Figure 5. (a)表示從平面到微圖案階段的多壓印工藝。比例尺,50μm。(b)通過微壓印在Pi-GOS上的表面圖案:由三角形形成的簡單六邊形(左),ZJU標志的浮雕(右)。比例尺,50μm(左),2 mm(右)。(c)高徑比與壓力和時間的關系曲線。虛線對應擬合結果,點代表實驗結果(誤差線基于平均值的標準誤差)。
  Figure 6. (a)具有通孔AAO模板的熱納米壓印工藝示意圖。(b)SEM 觀察,(c)結構表示和(d)納米棒外部和內部制造的 TEM 圖像。(e) AAO 模板(上)、印跡 Pi-rGOS 納米柱(中)和熱還原 GLS 納米柱(下)的 SEM 圖像。(f)Pi-rGOS 和 GLS 的拉曼光譜。插圖是通過考慮 D 和 G 帶的強度比對 Pi-rGOS(上)和 GLS(下)的拉曼映射分析。 
 
Figure 7. (a) Janus 印跡 Pi-rGOS 的示意圖,每側具有不同的靜態接觸角(頂部)和 Pi-rGOS 的可逆變形行為(底部)。(b)在多次潤濕測試期間,Janus 薄膜的長度和曲率與循環次數的關系圖。(c)GLS分別設置為陰極(藍色)和陽極(紅色)時,表觀接觸角隨電壓的變化,以及它們對應的Cassie和Semi-Cassie接觸模型。
  
      相關研究工作由浙江大學Chao Gao課題組于2022年在線發表于《Nano-Micro Letters》期刊上,原文:Precise Thermoplastic Processing of Graphene Oxide Layered Solid by Polymer Intercalation。

轉自《石墨烯研究》公眾號
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