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仿贝壳复合纤维可实现高强度和高导电性

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-05-17  来源:高分子科学前沿  浏览次数:124
核心提示:据悉,受天然珍珠母多级尺度结构启发,合肥工业大学教授从怀萍和中国科学技术大学教授俞书宏研究团队合作,发展了仿贝壳界面增强
       据悉,受天然珍珠母多级尺度结构启发,合肥工业大学教授从怀萍和中国科学技术大学教授俞书宏研究团队合作,发展了仿贝壳界面增强法,实现了石墨烯基纤维机械强度与导电性的同步提高。

    该研究从提升组装单元表面粗糙度角度出发(增加次级结构),通过原位引入聚多巴胺衍生氮掺杂碳作为阻力增强剂、粘结剂与导电“桥梁”,获得了多级尺度结构的聚多巴胺衍生碳/石墨烯仿贝壳复合纤维,展现了卓越的拉伸强度(-724MPa)和导电性(-6.6×104Sm-1),该指标远高于之前文献报道的类似仿贝壳石墨烯基纤维的相关性能。

    通过原子力显微镜观察发现聚多巴胺包覆石墨烯(GO@PDA)纳米组装单元表面散布有丰富的岛状颗粒,这种独特的结构为模拟和构筑类珍珠母多级纤维结构提供了可能。通扫描电镜、软X射线Nano CT表征可以发现由GO@PDA组装成的宏观尺度纤维由轴向取向、紧密堆积的层状单元组成,纤维整体呈均匀的线状。获得的纤维经切片处理后,经高分辨电子显微镜表征可以发现在宏观RGO@PDA纤维内部的组装单元(RGO@PDA)表面依然散布有大量的岛状颗粒,证实了表面粗糙的RCO@PDA独特的次级纳米结构依然可以在纤维中维持。

    这种多尺度仿生设计显著提高了RGO@PDA纤维机械强度和电导性。力学性能测试显示,随着退火温度的提升,RGO@PDA和RGO纤维的机械强度和导电性均逐步提升,并且RCO@PDA纤维的机械强度和导电性远高于RGO纤维。优化获得的聚多巴胺衍生碳/石墨烯仿贝壳复合纤维展现了卓越的拉伸强度和导电性。这些优异的综合性能为石墨烯基纤维进一步拓展在柔性、可穿戴微器件(传感器、驱动器、超级电容器、电池等)领域的应用提供了可能。

 
 
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