ACS Nano：具有分层结构的氧化石墨烯复合材料

在自然界的演化过程中，许多动植物都进化出一种特殊的结构，分层结构，例如木材，骨头，海绵，外骨骼，珍珠壳等，均能观察到这种分层结构，它们的主要成分是脆性的，但整体却表现出非凡的强度与韧性。深入了解材料的分层结构对于开发工程材料具有重大的意义。

在已发表的研究中，已有使用各种材料来模拟制造珍珠壳层的尝试，例如，氧化铝，碳纳米管，石墨烯等。然而，大多数珍珠壳层仿生复合材料的研究都没有考虑到纳米级别的粗糙度对于材料性能的影响。

近日，韩国高丽大学的Chang-Soo Han等人报道了一种受珍珠壳启发的，分层结构仿生复合材料，其具有高强度和高韧性。

本文要点：

1）该工作首先将氧化石墨烯（GO）与交联剂共价结合形成复合材料，然后，对其进行粉碎，将其制成纳米颗粒，并将其引入GO分散体中，通过真空辅助自组装的方法制备具有分层结构的石墨烯复合材料，与原始石墨烯材料相比，具有分层结构的石墨烯机械强度得到了极大的提高。

2）该工作还进一步探究了该结构的强化机理，通过实验结果和理论分析，该工作发现，加入纳米填料的复合材料，在受到应力时，亚微米结构的滑动诱导界面增加了层间的粗糙度，同时，纳米颗粒之间，纳米颗粒与片层之间形成了强大的物理相互作用，增加片层滑动的阻力，进而提高了复合材料的强度和韧性。

Hee Min Yang，et al，Strong and Tough Nacre-Inspired Graphene Oxide Composite with Hierarchically Similar Structure，ACS Nano，2022

DOI：10.1021/acsnano.2c01667

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c01667