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氧化石墨烯（GO）一直被认为是有前途的多用途二维材料。但是，自支撑氧化石墨烯薄膜强度和柔韧性较差，这限制其大规模生产和长久耐用性。基于软体动物壳中珍珠层分级结构中的有机和无机成分之间的关系，受此启发，构建了自组装层状石墨烯基复合薄膜。该复合材料的有机相是在细菌生产γ-聚谷氨酸(PGA)的基础上，通过环保和经济有效的方法制备而来。常温下通过缓慢溶剂挥发法制备了GO、PGA和二价阳离子(Ca2+)复合薄膜，得到了珍珠层状的层状结构。这些生物基纳米复合薄膜显示出极好的力学性能，这归因于氢键与细菌产生的PGA以及离子与钙离子(Ca2+)之间的协同作用。GO/PGA/Ca2+复合膜的强度为150±51.9 MPa，杨氏模量为21.4±8.7 GPa，比纯GO膜分别提高了120%和70%以上。该工作为制备优良机械性能的石墨烯基薄膜提供了合理的设计策略，可将其应用于造纸，食品，饮料，颜料和制药行业中废水的过滤纯化，以及功能性膜和表面涂层等。 Figure 1. GO/PGA/Ca2+复合薄膜的制备示意图。 Figure 2. 在GO:PGA不同比例时，GO/PGA/Ca2 +纳米复合材料的机械性能。纳米复合材料（a）的拉伸强度和（b）杨氏模量。 Figure 3. 珍珠状薄膜的横截面SEM图像：（a）GO，（b）GO/Ca2 +，（c）GO/PGA和（d）GO/PGA/Ca2+复合膜。用Ca2 +溶液处理后，层状结构变得越来越致密。 Figure 4. （a）通过单轴拉伸试验得到的GO，GO/PGA和GO/PGA/Ca2 +复合膜的典型应力-应变曲线。（b）GO（黑色），GO/PGA（蓝色）和G /PGA /Ca2+（红色）复合薄膜的拉伸强度和杨氏模量特性。 该研究工作由中科大徐安武教授，荷兰代尔夫特理工大学Marie-Eve Aubin-Tam和美国罗切斯特大学Anne S. Meyer合作于2020年发表在ACS Nano期刊上。原文：Bioproduced Polymers Self-Assemble with Graphene Oxide into Nanocomposite Films with Enhanced Mechanical Performance。 |
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