新方法将石墨烯纳米层连接起来形成更坚韧更有弹性的薄膜

蜂窝状排列的碳原子层是一种真正的超级材料：它们具有异常高的导电性和良好的机械性能，可以进一步发展可弯曲的电子产品、新电池以及用于航空航天的创新复合材料。然而，开发弹性和坚韧的薄膜仍然是一个挑战。

在《应用化学》杂志上，一个研究小组介绍了一种克服这一障碍的方法：他们通过“可扩展”的桥接结构连接石墨烯纳米层。

微观石墨烯纳米层的特殊能力通常在组装成箔时会消失，因为它们仅通过相对较弱的相互作用(主要是氢键)结合在一起。

尝试通过引入更强的相互作用来改善石墨烯箔的机械性能的方法仅取得部分成功，在材料的拉伸性和韧性方面还留下了很大的改进空间。

上海交通大学(中国)的徐州燕领导的团队采用了一种新方法：他们将石墨烯纳米层与机械互锁分子交联，这些分子的构成要素不是化学连接，而是不可分离的空间纠缠。研究人员选择使用轮烷作为连接物。

轮烷是一种“轮子”(一种大型环状分子)，它“穿”在“轴”(分子链)上。轴上覆盖着大分子，以防止轮子脱开。该团队用带电基团(铵)制造了轴，将轮子固定在特定位置。

通过连接剂将分子“锚”(OH基团)附着在轮轴和车轮上。石墨烯被氧化成氧化石墨烯，它在石墨烯层的两侧形成各种含氧基团。这些基团包括羧基，它们可以与OH基团结合(酯化)。该反应使车轮和轮轴的各层交联，之后氧化石墨烯被还原回石墨烯。

当这些薄膜被拉伸或弯曲时，必须克服轮子和轴上的铵基之间的吸引力，这会增加拉伸强度。增加的应力最终导致轴被拉过轮子，直到它“撞击”端盖。这种运动延长了轮烷桥，使各层可以相互滑动，从而显著提高了薄膜的拉伸性。

由这种石墨烯-轮烷箔制成的柔性电极可以拉伸至20%或反复弯曲而不会损坏。它们还保留了高电导率。只有拉伸超过23%才会导致断裂。

新箔比没有轮烷的箔强得多(247.3MPavs.74.8MPa)，弹性更大(23.6%vs.10.2%)，韧性更强(23.9%vs.4.0MJ/m3)。该团队还制造了一种简单的“抓取工具”，其机械接头配备新箔并由其驱动。

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