北京航空航天大学科技成果——超抗疲劳仿生石墨烯纳米复合材料

北京航空航天大学科技成果——超抗疲劳仿生石墨

烯纳米复合材料

成果简介

日益流行的柔性电子器件要求反复变形时仍然具有较高的性能，而石墨烯具有优异的力学和电学性能，可以作为基元材料用于制备此类柔性电子器件中的功能材料，因此将石墨烯纳米片组装成高性能的宏观纳米复合材料具有重要意义。最近大量优异力学性能的石墨烯层状纳米复合材料已经被报道，然而这些广泛研究的性能仅仅是石墨烯纳米复合材料的静态力学性能，其作为柔性电子器件重要属性的动态抗疲劳性能却还未被研究报道。

另一方面，传统热固性聚合物纳米复合材料的疲劳性能一般可以通过简单加入填料来提升，如有机/无机微纳粒子，二维纳米片，一维纤维等。与传统聚合物纳米复合材料不同，天然鲍鱼壳作为一种有机/无机层状复合材料，其在碳酸钙片层之间精致的复合界面有利于水平和垂直两个方向同时抑制裂纹扩展，从而大幅提升其断裂韧性。

受此启发，本项目研发出一种超抗疲劳仿生石墨烯纳米复合材料制备技术，通过常温下超声搅拌构建GO-PDA异质基元材料和PDA-Ni2+螯合结构，利用真空抽滤法将其组装成GO-PDA-Ni纳米复合材料，最后通过HI还原恢复石墨烯二维碳平面sp2杂化的共轭结构，得到共价键和离子键协同交联的仿生石墨烯纳米复合材料。

该技术制备的仿生石墨烯纳米复合材料除了具有较高的静态力学和电学性能（拉伸强度为250-450MPa，韧性为8-20MJ/m3，静态电导率为160-230S/cm），还具有超高的动态抗疲劳特性，其在290MPa拉力作用下可周期性拉伸1.8×105次，同时在这一动态拉伸过程中能够保持优异的导电性能，其在290MPa的拉力下，经过1.0×105次周期性拉伸测试后电导率仍然达到144.5S/cm。