糕點(diǎn)師教我們?cè)趺礃?gòu)造納米層狀復(fù)合材料
舊瓶裝新酒，從幾百年來(lái)鍛工和糕點(diǎn)師玩的老把戲那里，MIT化學(xué)工程Michael Strano教授團(tuán)隊(duì)找到了一種構(gòu)造數(shù)百層復(fù)合材料的新方法，且該法行之有效。該層狀復(fù)合物厚度僅原子級(jí)卻能覆蓋住整個(gè)材料。
圖1 首先利用化學(xué)氣相沉積法制備多層平行片狀石墨烯（Ⅰ），使得每一石墨烯片層都有聚合物涂層；然后進(jìn)行堆疊（Ⅱ），經(jīng)折疊和剪切（Ⅲ）之后繼續(xù)堆疊和沖壓，使層數(shù)成倍增加。
目前，諸如石墨烯，碳納米管等，其是我們所能得到的最堅(jiān)固材料，該性能源于其原子間完全是通過(guò)C-C鍵緊密結(jié)合的，而C-C鍵固有的極高鍵能也恰恰是我們的切入點(diǎn)。因此，研究學(xué)者們不斷地探尋新方法，以期借助該類納米材料提升復(fù)合材料的強(qiáng)度，就像利用鋼筋來(lái)增強(qiáng)混凝土。
首要問(wèn)題就是如何讓該類材料在另一基材中有序復(fù)合。這些細(xì)小的片狀及管狀物極易聚集，因此僅僅通過(guò)在液體樹脂中攪拌混合完全不能解決問(wèn)題。
在Michael Strano教授團(tuán)隊(duì)看來(lái)，他們所要做的就是找到一種堆疊非常規(guī)整的多層膜的制備方法，而無(wú)需對(duì)每一層進(jìn)行單獨(dú)堆疊。
有時(shí)候，有些事聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單，但實(shí)踐卻并非易事。其技術(shù)要點(diǎn)與鍛工制備超強(qiáng)鋼片、糕點(diǎn)師制備果仁蜜餅和拿破侖蛋糕里的千層餅類似。首先將一層鋼，面團(tuán)或是石墨烯材料平整鋪展，之后材料層數(shù)加倍，經(jīng)沖壓后再次加倍，所得層數(shù)以指數(shù)形式增加，因此僅需加倍20次，就能得到一百多萬(wàn)層排列規(guī)整的層狀材料。
目前，該方法還不能準(zhǔn)確應(yīng)用于納米尺度。該團(tuán)隊(duì)在研究過(guò)程中并不是對(duì)材料折疊，而是將一整塊（石墨烯和復(fù)合材料的交替層）分成四份，將其中一塊滑至另一塊上，接著將另外兩塊滑至其上，如此重復(fù)多次。但最終結(jié)果一樣：層堆疊均勻，生產(chǎn)快速，且能摻雜于聚碳酸酯基材中形成復(fù)合材料。
在理論論證中，該團(tuán)隊(duì)制備了320層石墨烯摻雜聚碳酸酯復(fù)合材料。盡管總的石墨烯含量很少（低于0.1wt%），但是總強(qiáng)度卻得到明顯提高。
▲力學(xué)性能
Strano表示，實(shí)際上石墨烯的縱橫比是無(wú)法衡量的。因?yàn)槠浔《瓤梢詿o(wú)限小，而尺寸卻可以大到足以被肉眼所見(jiàn)和操作。雖然只有納米級(jí)厚度，但其仍可跨越材料的二維方向。石墨烯和少數(shù)其它2D材料是目前我們所知道的唯一可以用來(lái)做這項(xiàng)工作的材料。
此外，他們也找到了一種利用石墨烯制備結(jié)構(gòu)化纖維的方法，可能有利于制備植入電子功能的紗線和織物，以及另一類復(fù)合材料。在某種程度上，其剪切機(jī)理與奶酪切片器相似，石墨烯被剝落下來(lái)卷成渦旋型，即阿基米德螺線型。
這就解決了石墨烯和納米管在做成長(zhǎng)纖維時(shí)的一個(gè)重要問(wèn)題：極度滑溜。因?yàn)樗鼈兎浅９饣?，各股間相互滑移而無(wú)法粘結(jié)成束。而這種新的渦旋型結(jié)構(gòu)不僅可以克服以上困難，它們的彈性還非常優(yōu)異，但與其它一些超強(qiáng)材料（如Kevlar等）不同。這就意味著它們可以被織成有彈性又不會(huì)遭到破壞的防護(hù)材料。
另外，Strano提到這種新型層狀復(fù)合材料還具有一個(gè)出人意料的優(yōu)勢(shì)：在復(fù)合材料中，極易導(dǎo)電的石墨烯層仍能保持其連續(xù)性，不會(huì)與鄰近層間發(fā)生短路。因此，我們舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，只需將電子探針插入該層狀復(fù)合材料至一定精確深度，我們就有可能找到數(shù)百層中的任何一層。在光學(xué)設(shè)備，電子系統(tǒng)和高科技材料領(lǐng)域，該法為制備易于生產(chǎn)的新型復(fù)合物創(chuàng)造了無(wú)限可能，有望引領(lǐng)新型復(fù)合多層電子技術(shù)的發(fā)展。
更多濾芯材料請(qǐng)?jiān)L問(wèn)jbmtpc.com
- 上一篇：超全面超清晰膠粘劑產(chǎn)業(yè)全景圖（收藏版） 2016/8/11
- 下一篇：陶氏化學(xué)專家為您揭秘粘接汽車高強(qiáng)鋼的結(jié)構(gòu)膠 2016/8/9
