加工能力對于材料的廣泛應(yīng)用以按需鍛造結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。基于石墨烯的宏觀材料已顯示出優(yōu)異的機械和功能性能。然而，與通常的聚合物和金屬不同，石墨烯材料表現(xiàn)出有限的可變形性和可加工性以進行精確成型。在這里，我們提出了一種通過從氧化石墨烯 (GO) 前體中插入聚合物來精確熱塑性成型石墨烯材料。插層聚合物通過聚合物鏈的熱活化運動使 GO 固體具有熱塑性。我們檢測到一個臨界最低含量的插層聚合物，它可以擴大層間距超過 1.4 nm 以激活熱塑性，這成為 GO 固體熱塑性成型的標準。通過熱塑性成型，扁平的 GO 復(fù)合薄膜被鍛造成高斯曲線形狀并壓印成具有尺寸精度低至 360 nm 的表面浮雕圖案。塑料成型結(jié)構(gòu)保持結(jié)構(gòu)一體化，具有出色的電氣性能（3.07 × 105 S m
-1 ) 和熱導率 (745.65 W m
-1 K
-1 ) 去除聚合物后。熱塑性策略極大地擴展了 GO 材料和其他層狀材料的成型能力，并為更廣泛的應(yīng)用提供了多功能的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
Figure 1.(a) Pi-GOS 的熱塑性成型過程，從平面薄膜到從宏觀到納米尺度的不同壓紋結(jié)構(gòu)。(b)熱塑性機制示意圖，包括 GO 片材的滑動和聚合物鏈在壓力和加熱下的活化。
Figure 2. (a)層間距和 FWHM 與 PVA 和 GO 之間重量比的關(guān)系圖。插圖顯示了 1.12 nm (
mPVA /
mGO = 0.4) 和 2.23 nm (
mPVA /
mGO = 2) 之間的比較。(b)不同層間距的 Pi-GOS 的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測量。(c)隨著層間距的增加，儲能模量與溫度的關(guān)系曲線。插圖是在 25°C（藍色）和 95°C（紅色）下形成結(jié)構(gòu)與d的變形能力。(d)95 °C (E
95 ) 和 25 °C (E
25 ) 與 Pi-GOS 的層間距。
Figure 3. (a) Pi-GOS ( d = 3.1 nm) 在 25℃（藍色）和 95℃（紅色）下的典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線。(b)在25℃（頂部）和95℃（底部）拉伸斷裂后Pi-GOS（ d = 3.1 nm）的橫截面形態(tài)的SEM圖像。(c)在 25 ℃（藍色）和 95 ℃（紅色）下具有不同d間距的 Pi-GOS 的楊氏模量和伸長率。(d) Pi-GOS在T
g以下的脆性拉伸斷裂和T
g以上的塑性拉伸斷裂示意圖。
Figure 4. (a)Pi-GOS的熱塑性成型過程，從平板紙到具有正曲率的立體結(jié)構(gòu)。(b)相同厚度（32μm）的 Pi-GOS 模壓球殼和(c)圓柱殼壓痕試驗的有限元分析結(jié)果。(d0球殼（藍色方形點）和圓柱殼（紅色方形點）的力-位移曲線。實線對應(yīng)擬合結(jié)果。
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Figure 5. (a)表示從平面到微圖案階段的多壓印工藝。比例尺，50μm。(b)通過微壓印在Pi-GOS上的表面圖案：由三角形形成的簡單六邊形（左），ZJU標志的浮雕（右）。比例尺，50μm（左），2 mm（右）。(c)高徑比與壓力和時間的關(guān)系曲線。虛線對應(yīng)擬合結(jié)果，點代表實驗結(jié)果（誤差線基于平均值的標準誤差）。
Figure 6. (a)具有通孔AAO模板的熱納米壓印工藝示意圖。(b)SEM 觀察，(c)結(jié)構(gòu)表示和(d)納米棒外部和內(nèi)部制造的 TEM 圖像。(e) AAO 模板（上）、印跡 Pi-rGOS 納米柱（中）和熱還原 GLS 納米柱（下）的 SEM 圖像。(f)Pi-rGOS 和 GLS 的拉曼光譜。插圖是通過考慮 D 和 G 帶的強度比對 Pi-rGOS（上）和 GLS（下）的拉曼映射分析。
Figure 7. (a) Janus 印跡 Pi-rGOS 的示意圖，每側(cè)具有不同的靜態(tài)接觸角（頂部）和 Pi-rGOS 的可逆變形行為（底部）。(b)在多次潤濕測試期間，Janus 薄膜的長度和曲率與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系圖。(c)GLS分別設(shè)置為陰極（藍色）和陽極（紅色）時，表觀接觸角隨電壓的變化，以及它們對應(yīng)的Cassie和Semi-Cassie接觸模型。
相關(guān)研究工作由浙江大學Chao Gao課題組于2022年在線發(fā)表于《Nano-Micro Letters》期刊上，原文：Precise Thermoplastic Processing of Graphene Oxide Layered Solid by Polymer Intercalation。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
