成果簡介
如今，儘管據報道最近在模仿天然結構材料（尤其是珍珠層）方面取得了進展，但以通用、可行和可擴充套件的方式設計仿生超強複合材料仍然是一項長期挑戰。本文，江南大學Jing Huang、東為富等研究人員在《ACS Nano》期刊發表名為“Pistachio-Inspired Bulk Graphene Oxide-Based Materials with Shapeability and Recyclability”的論文，研究受天然開心果殼結構的啟發，提出一種透過反覆捏合來生產具有開心果模擬結構的奈米複合材料的策略。石墨烯動態共價和超分子聚（硫代鈉）（pST）系統中的氧化物（GO）。聚合物主鏈的動態特性賦予所得的GO基複合材料完全可回收性和三維成型性。仿開心果複合材料的優異機械效能可歸因於結構中的榫眼連線設計，這在仿珍珠層複合材料中尚未實現。所得複合材料還表現出高導熱性（15.6 W/(m·K)），為工程和熱管理材料的設計提供了新方法。
圖文導讀
圖1. (a-b) 天然珍珠層和開心果殼的橫截面圖。(c) ST單體的開環聚合。(d) 結構上具有榫卯接頭的模GO基奈米複合材料的製造示意圖。
圖2. (a) 原始GO奈米片和 (b) GO-SH 奈米片的TEM影象。(c) GO 奈米片和 (d, e) GO-SH奈米片的AFM影象。
圖3. (a) GO 和GO-SH的XRD圖譜。(b) GO、GO-SH和MPTS的FTIR光譜。(c) GO和GO-SH的TGA 曲線。(d) GO、ST和GO/pST懸浮液 (1 g/L) 的紫外-可見光譜。
圖4. GO/pST (1:0.5) 測量的流變資料隨 (a) 應變幅度和 (b) 頻率的變化（實心點，G ' 和空心點，G '' ）。(c) 複合材料的儲存和損耗模量和粘度 (η) 的溫度依賴性。(d) 透過簡單揉捏 GO/pST (1:0.5) 奈米複合材料獲得的不同形狀的光學影象，包括球體、蝸牛、薄片甚至玫瑰花狀。
圖5. (a) 模擬珍珠層 GO、(b) 模擬珍珠層 GO/pST、(c) 模擬開心果GO/pST奈米複合材料的截面形態的SEM影象，以及相應的高解析度TEM顯微照片。
圖6. (a) 模擬珍珠層GO、模擬珍珠層GO/pST和模擬開心果GO/pST奈米複合材料的機械效能。(b) 回收開心果模擬物GO/pST (1:0.5) 的拉伸曲線。(c) 開心果模擬GO/pST (1:0.5) 三點彎曲的應力-應變曲線。(d) 奈米複合材料回收過程的示意圖。
圖7. (a) 奈米複合材料在加熱和冷卻模式下的溫度變化。(b) 奈米複合材料在冷卻模式下的散熱過程。(c) GO/pST (1:0.5) 和 GO/pST (1:1) 在不同溫度下的熱導率。(d) 智慧手機和覆蓋有 GO/pST (1:0.5) 奈米複合薄膜的智慧手機的熱影象。
小結
本文，展示了一種基於在動態共價pST系統中反覆捏合GO奈米片的可推廣和可擴充套件的方法，並表明在微結構上製造具有榫眼接頭的開心果模擬奈米複合薄膜是簡單的。由於pST的高動態特性，開心果模擬GO基奈米複合材料具有延展性和可塑性。在 pST系統中去除水後，pST 可以透過離子鍵重新組裝成聚合物網路。乾燥的開心果模擬奈米複合材料表現出優異的強度（260.8 MPa）和韌性（11.4 MJ/m 3）。此外，pST 的動態共價組裝過程的性質使基於 GO 的奈米複合材料具有閉環可回收性。更重要的是，所得複合材料具有高導熱性（15.6 W/(m·K)），在工程和熱管理材料中具有潛在應用
文獻：
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c00281
