蜂窩狀排列的碳原子層是一種真正的超級材料：它們具有異常高的導(dǎo)電性和良好的機械性能，可以進一步發(fā)展可彎曲的電子產(chǎn)品、新電池以及用于航空航天的創(chuàng)新復(fù)合材料。然而，開發(fā)彈性和堅韌的薄膜仍然是一個挑戰(zhàn)。
在《應(yīng)用化學(xué)》雜志上，一個研究小組介紹了一種克服這一障礙的方法：他們通過“可擴展”的橋接結(jié)構(gòu)連接石墨烯納米層。
微觀石墨烯納米層的特殊能力通常在組裝成箔時會消失，因為它們僅通過相對較弱的相互作用(主要是氫鍵)結(jié)合在一起。
嘗試通過引入更強的相互作用來改善石墨烯箔的機械性能的方法僅取得部分成功，在材料的拉伸性和韌性方面還留下了很大的改進空間。
上海交通大學(xué)(中國)的徐州燕領(lǐng)導(dǎo)的團隊采用了一種新方法：他們將石墨烯納米層與機械互鎖分子交聯(lián)，這些分子的構(gòu)成要素不是化學(xué)連接，而是不可分離的空間糾纏。研究人員選擇使用輪烷作為連接物。
輪烷是一種“輪子”(一種大型環(huán)狀分子)，它“穿”在“軸”(分子鏈)上。軸上覆蓋著大分子，以防止輪子脫開。該團隊用帶電基團(銨)制造了軸，將輪子固定在特定位置。
通過連接劑將分子“錨”(OH基團)附著在輪軸和車輪上。石墨烯被氧化成氧化石墨烯，它在石墨烯層的兩側(cè)形成各種含氧基團。這些基團包括羧基，它們可以與OH基團結(jié)合(酯化)。該反應(yīng)使車輪和輪軸的各層交聯(lián)，之后氧化石墨烯被還原回石墨烯。
當這些薄膜被拉伸或彎曲時，必須克服輪子和軸上的銨基之間的吸引力，這會增加拉伸強度。增加的應(yīng)力最終導(dǎo)致軸被拉過輪子，直到它“撞擊”端蓋。這種運動延長了輪烷橋，使各層可以相互滑動，從而顯著提高了薄膜的拉伸性。
由這種石墨烯-輪烷箔制成的柔性電極可以拉伸至20%或反復(fù)彎曲而不會損壞。它們還保留了高電導(dǎo)率。只有拉伸超過23%才會導(dǎo)致斷裂。
新箔比沒有輪烷的箔強得多(247.3MPavs.74.8MPa)，彈性更大(23.6%vs.10.2%)，韌性更強(23.9%vs.4.0MJ/m3)。該團隊還制造了一種簡單的“抓取工具”，其機械接頭配備新箔并由其驅(qū)動。
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