折疊法制備層壓石墨烯復合材料，顯著提升材料機械性能

折疊法制備層壓石墨烯復合材料，顯著提升材料機械性能

近日，石墨烯研究著名學者、韓國蔚山國立科技大學的Rodney S. Ruoff教授課題組（通訊作者）在國際頂級期刊 Advanced Materials上發表 “Folding Large GrapheneonPolymer Films Yields Laminated Compositeswith Enhanced Mechanical Performance”的論文。第一作者為Bin Wang。研究人員將≈400nm厚的A5尺寸（21 cm×15 cm）PC薄膜折疊了一半，產生了一個≈0.4mm厚的塊狀“梁狀”樣品，其中1024層，橫向尺寸為2.6 cm ×0.11厘米。通過對該過程的簡單修改，可以生產石墨烯薄膜覆蓋的PC，在折疊時產生PC /石墨烯復合物；然后三點彎曲試驗來研究機械性能。與未折疊的對照樣品相比，折疊純PC膜或PC /石墨烯膜導致增強的機械性能。折疊方法可以擴展/應用于其他2D納米材料，設計和制造具有增強的機械性能的宏觀層壓復合材料。折疊導致復合材料相對于簡單堆疊的對應物的額外硬化，強化和韌化：石墨烯和折疊的協同相互作用導致利用石墨烯增強材料的理想性質。

圖1 A5尺寸≈400nm厚的聚碳酸酯（PC）薄膜的折疊示意圖，強調了前四個水輔助折疊步驟，涉及使用自組裝單層（SAM）圖案化基板。

圖2 復合結構的SEM圖像

a，b）PCG薄膜（S-PCG）的1024個堆疊層的橫截面，以及折疊10次的F-PCG復合材料的c，d）橫截面，和e）折疊邊緣（樣品的左側）在（c））。

圖3 S-PC，S-PCG，F-PC和F-PCG復合材料的拉曼光譜

a）單層PC和PCG的拉曼光譜。插圖顯示石墨烯在PCG中的G帶位置和PC帶是可區分的。 b）四個測試多層的“平面”區域的拉曼光譜的比較。 c-f）“平面”區域（c，d）中D到G帶（ID / IG）的強度比的拉曼圖，以及S-PCG和F-PCG（e，f）的“邊緣”區域的拉曼圖。

總之，研究人員使用水基技術將A5尺寸的聚碳酸酯膜折疊一半4次，然后再手動折疊6次，從400nm厚的單層膜到厚度約0.4mm的具有1024層的塊狀材料。該方法還用于將單層石墨烯薄膜嵌入復合結構中，該復合結構還具有1024層和相似的總厚度，從而形成具有石墨烯的新型復合材料。因此，通過折疊增加了石墨烯增強的貢獻，表明來自折疊和石墨烯的協同增強機制，如通過協同因素量化的。本工作中提出的模型可能有助于嵌入多層3D復合材料中的二維材料的設計，可以在大尺寸下實現。通過折疊制成的協同增強的石墨烯增強復合材料能夠利用石墨烯的理想特性，在航空航天和汽車工業中大規模應用。此外，通過組合提供特殊功能的各種2D材料，使用折疊來獲得用于許多其他潛在應用的宏觀材料，包括但不限于能量存儲和轉換以及熱管理。

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