氧化石墨烯（GO）一直被認(rèn)為是有前途的多用途二維材料。但是，自支撐氧化石墨烯薄膜強(qiáng)度和柔韌性較差，這限制其大規(guī)模生產(chǎn)和長(zhǎng)久耐用性。基于軟體動(dòng)物殼中珍珠層分級(jí)結(jié)構(gòu)中的有機(jī)和無(wú)機(jī)成分之間的關(guān)系，受此啟發(fā)，構(gòu)建了自組裝層狀石墨烯基復(fù)合薄膜。該復(fù)合材料的有機(jī)相是在細(xì)菌生產(chǎn)γ-聚谷氨酸(PGA)的基礎(chǔ)上，通過(guò)環(huán)保和經(jīng)濟(jì)有效的方法制備而來(lái)。常溫下通過(guò)緩慢溶劑揮發(fā)法制備了GO、PGA和二價(jià)陽(yáng)離子(Ca2+)復(fù)合薄膜，得到了珍珠層狀的層狀結(jié)構(gòu)。這些生物基納米復(fù)合薄膜顯示出極好的力學(xué)性能，這歸因于氫鍵與細(xì)菌產(chǎn)生的PGA以及離子與鈣離子(Ca2+)之間的協(xié)同作用。GO/PGA/Ca2+復(fù)合膜的強(qiáng)度為150±51.9 MPa，楊氏模量為21.4±8.7 GPa，比純GO膜分別提高了120%和70%以上。該工作為制備優(yōu)良機(jī)械性能的石墨烯基薄膜提供了合理的設(shè)計(jì)策略，可將其應(yīng)用于造紙，食品，飲料，顏料和制藥行業(yè)中廢水的過(guò)濾純化，以及功能性膜和表面涂層等。
Figure 1. GO/PGA/Ca2+復(fù)合薄膜的制備示意圖。
Figure 2. 在GO:PGA不同比例時(shí)，GO/PGA/Ca2 +納米復(fù)合材料的機(jī)械性能。納米復(fù)合材料（a）的拉伸強(qiáng)度和（b）楊氏模量。
Figure 3. 珍珠狀薄膜的橫截面SEM圖像：（a）GO，（b）GO/Ca2 +，（c）GO/PGA和（d）GO/PGA/Ca2+復(fù)合膜。用Ca2 +溶液處理后，層狀結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越致密。
Figure 4. （a）通過(guò)單軸拉伸試驗(yàn)得到的GO，GO/PGA和GO/PGA/Ca2 +復(fù)合膜的典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線。（b）GO（黑色），GO/PGA（藍(lán)色）和G /PGA /Ca2+（紅色）復(fù)合薄膜的拉伸強(qiáng)度和楊氏模量特性。
該研究工作由中科大徐安武教授，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)Marie-Eve Aubin-Tam和美國(guó)羅切斯特大學(xué)Anne S. Meyer合作于2020年發(fā)表在ACS Nano期刊上。原文：Bioproduced Polymers Self-Assemble with Graphene Oxide into Nanocomposite Films with Enhanced Mechanical Performance。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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