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氧化石墨烯纤维,实现宏观材料精确可逆

2021-05-19 10:00
陈述根本
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文/陈根

在《西游记》中,孙悟空可以七十二变,变完之后还能丝毫不差得变回去,完美实现了人物的精准可逆。遗憾的是,现实生活中的人类并不具备这种可逆性,但最近科学家发现,材料可以做到。

近日,科学家利用氧化石墨烯纤维的二维基元结构,及其大体积收缩的动态特性,实现了宏观材料的精确可逆。所谓精确可逆,就是要求物体的数量、尺寸、组分、结构和性能等在一次融合、分裂循环之后恢复到原始状态。

陈根:氧化石墨烯纤维,可实现精确可逆

碳是自然界最稳定的元素之一,石墨是碳最稳定的单质。科学家发现在厘米级的宏观尺度下,氧化石墨烯纤维不仅能进行变形组装,还能在分解组装后实现复原。这说明,适应性形变,是氧化石墨烯片独有的一种能力,即在宏观尺度上实现精确可逆的分裂。

研究中,科学家们用 13500 根氧化石墨烯纤维,融合成一根细长的黑柱子,柱子的直径为 1.2 毫米,能承受 680 倍于自身重量的重力。为了验证氧化石墨烯柱子的精确可逆性,他们将黑柱子放在水溶剂中,通过解离再分裂等步骤,把原先的黑柱子还原成 13500 条纤维。

这个过程中,氧化石墨烯的体积膨胀率达到了近 40 倍,提供了充分的表面形变的空间。为了验证形变后的氧化石墨烯纤维是否具备起初的功能,科学家们又把纤维重新编织成柔性网,结果发现柔性网依然具备相应的强度,甚至在网上放置一辆玩具车也不会破。

由于氧化石墨烯纤维的壳层结构像皮肤组织一样紧密,因此其可维持单根组装纤维的完整性,融合与分裂的可逆性也能得到保证。经过融合、分裂的循环之后,氧化石墨烯纤维的尺寸、组成、数量、结构和性能,也可恢复到循环前的原始状态。

相比此前的研究,氧化石墨烯基纤维材料尺寸大,可控性强,这对于材料的回收和重复利用、以及研究在可逆组装过程中固体界面的独特现象,有着一定启发意义,对未来精确可逆的组装也会产生积极影响。

此外,氧化石墨烯基纤维的精确可逆能力,还可复制到其他材料上,比如在尼龙、金属、不锈钢丝、玻璃纤维等表面涂上一层氧化石墨烯,这些材料也可产生“组装—精确还原”的功能。

未来,有望通过进一步的机理研究,获得更多对于二维大分子组装结构的深入理解,以此来拓宽这种材料在多领域的实际应用。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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