用较弱的单元制成的更强的氧化石墨烯纸

是否想用纳米级建筑材料制造超强材料?从最高质量的构建块开始，对不对?

错误—至少在使用“薄片”的氧化石墨烯(GO)时。

西北大学研究人员的一项新研究表明，将强，固态的GO薄片与弱的，多孔的GO薄片混合，可以制成更好的GO“ 纸 ”。这一发现将有助于生产更高质量的GO材料，并阐明了材料工程中的一个普遍问题：如何将纳米级材料构建为宏观材料而又不丧失其理想性能。

领导这项研究的西北工程材料科学与工程学教授黄嘉兴说：“从人类的角度来说，协作非常重要。” “如果优秀的球员不能很好地合作，他们仍然会造成一支糟糕的球队。在这里，我们增加了一些看似较弱的球员，他们使整个球队变得更加强大。”

这项研究是四方合作。除Huang之外，麦考密克工程学院机械工程教授Horacio Espinosa领导的其他三个小组也参加了会议。西北化学教授SonBinh Nguyen;泰熙(Tae Hee Han)是该大学的前博士后研究员，现在是韩国汉阳大学的有机和纳米工程教授。

这项研究今天发表在《自然通讯》上。

高科技纸

GO是石墨的衍生物，可用于制造二维超材料石墨烯。由于GO易于制造，因此科学家将其作为模型材料进行研究。它通常以细小薄片在水中的分散形式出现。从一端到另一端，每个薄片都小于人类头发的宽度，并且只有一个纳米厚。

当将GO薄片的溶液倒在过滤器上并除去水时，会形成一张薄的“纸”，通常直径为几英寸，厚度小于或等于40微米。分子间的力将薄片保持在一起，仅此而已。

实力来自劣势

科学家可以在单层中制作出坚固的GO，但将薄片分层成纸状效果并不理想。在测试孔对GO薄片强度的影响时，Huang和他的合作者发现了一种解决方案。

研究人员使用氨水和过氧化氢的混合物，化学蚀刻了GO薄片中的孔。浸泡一到三个小时的薄片比未蚀刻的薄片要弱得多。浸泡五个小时后，薄片变得非常脆弱，无法测量。

然后，该团队发现了一些令人吃惊的东西：由弱化的薄片制成的纸张比预期的要坚固。例如，在单层水平上，一小时蚀刻的多孔薄片比固态薄片弱70%，但是由这些薄片制成的纸仅比固态薄片弱10%。

黄说，当团队将固体薄片和多孔薄片混合在一起时，事情变得更加有趣。除了不削弱仅由固体薄片制成的纸张外，添加10%或25%的最弱薄片也分别使纸张强度提高约95%和70%。

有效连接

Huang说，如果将GO薄板比作铝箔，那么制作GO纸就像将铝箔堆叠成厚的铝板一样。如果您从大片铝箔开始，则许多铝箔很可能会起皱，从而阻碍了两张铝箔之间的紧密包装。另一方面，较小的纸张不易起皱。它们可以很好地包装在一起，但是会形成紧密的堆叠，这些堆叠与其他紧密的堆叠无法很好地集成在一起，从而在GO纸中形成了容易破裂的空隙。

Huang说：“薄的薄片会翘曲填充这些空隙，从而改善了整个材料中的力分布。” “这提醒人们，单个单元的强度只是方程式的一部分;有效的连接和应力分布同等重要。”

Huang说，这一发现将直接适用于其他二维材料，例如石墨烯，也将导致设计更高质量的GO产品。他希望接下来可以在GO光纤上对其进行测试。