清華大學在多功能石墨烯宏觀組裝體研究方面取得新進展

清華大學在多功能石墨烯宏觀組裝體研究方面取得新進展

7月3日，清華大學材料學院朱宏偉教授課題組在《先進材料》(Advanced Materials)上發表了題為《基于仿生礦化過程合成可再造型、自修復的多功能石墨烯復合材料》(Synthetic Multifunctional Graphene Composites with Reshaping and Self-Healing Features via a Facile Biomineralization-Inspired Process)的研究論文。該論文提出了一種室溫下快速合成多功能石墨烯宏觀組裝體的方法。通過調節水分含量調控石墨烯組裝體的軟硬狀態，實現反復造型功能及可回收性，有望用于石墨烯材料的多維多尺度快速加工與成形。

石墨烯是一種具有優異力學、電學、熱學和光學性能的二維碳材料。石墨烯的高效制備及宏觀組裝對其規模應用具有重要意義。目前，石墨烯宏觀組裝體的常規制備方法需要嚴格的反應條件，且一旦成形后，不可再被重塑或回收。因此，在需要復雜形狀石墨烯結構與器件的應用場合，可任意塑性的石墨烯宏觀體尤為重要。

為解決上述問題，朱宏偉教授課題組將具有豐富官能團的氧化石墨烯加入仿生礦化凝膠體系，形成氧化石墨烯、無定形碳酸鈣納米粒子、聚丙烯酸交聯網絡結構(如圖)。該復合材料在濕潤狀態下具有柔性、延展性及可拉伸性，可實現復雜造型。在干燥條件下保持原有造型，具有高強度、韌性及硬度。通過水分控制實現了兩種狀態的可逆轉變。此外，該復合材料具有極佳的重塑性和自愈合能力，可進一步修飾或加工以滿足各種特定的應用需求(如能源儲存、促動器、傳感器)。該方法具有簡便、高效、低成本等特點，可推廣至其它材料的靈活組裝。

近年來，朱宏偉教授研究團隊專注于低維材料的可控制備、性能表征及應用技術開發，在結構設計、柔性器件、環境/能源等領域取得了多項重要成果。相關工作發表在《化學學會評論》(Chemical Society Reviews)、《先進材料》(Advanced Materials)、《納米快報》(Nano Letters)、《科學進展》(Science Advances)等期刊上。

本文第一作者為清華大學材料學院2014級博士生林舒媛，通訊作者為朱宏偉教授和日本東京工業大學芹澤武教授。本研究得到了國家自然科學基金委基礎科學中心項目和面上項目的資助。

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