石墨烯复合薄膜诞生：chao强韧、高导电，有望取代碳纤维

　　中美科学家组成的国际团队采用室温π-π共轭键和共价键有序交联策略，开发出了一种chao强、超韧、高导电的多功能石墨烯复合薄膜，可在室温条件下以较低成本制备，有望替代目前广泛使用的碳纤维材料。

　　该研究通过原位拉曼表征，从分子尺度揭示了π-π共轭键和共价键有序界面交联作用的强韧机制，为制备高性能石墨烯纳米复合材料提供了重要的理论指导。同时，这种小分子有序交联的石墨烯复合薄膜还具有高导电性能、高电磁屏蔽性能，以及优异的抗腐蚀性能和耐疲劳性能。

　　此前将石墨烯单片机械堆叠成较厚的宏观材料耗时费力。例如制备人头发厚度的石墨烯薄膜，需要堆叠15万层单片石墨烯，且片层间界面作用较弱，力学性能较差。

　　珍珠母具有高强度、高韧性的力学性能，主要是因为其内部规整的层状结构和离子键、共价键、氢键等丰富的界面作用。研究人员采用化学制备法而非机械堆叠制备出这种材料。他们借鉴了珍珠母的层状连接方式，通过在氧化石墨烯层间引入共价键、共轭键等不同键连的交联分子，将石墨烯纳米片牢固地“缝合”在一起，制造出强韧一体化的高导电石墨烯薄膜。

　　据了解，轻质高强的碳纤维复合材料在日常生活中具有广泛的应用，尤其是在航空、航天、汽车以及运动器材等领域。然而，碳纤维复合材料在制备和使用时存在诸多缺点：合成碳纤维需要高温(超过2500摄氏度)石墨化，成本较高;由于较弱的界面作用，碳纤维与聚合物基体之间容易发生分层;碳纤维复合材料的电学性能较低，不能满足特殊应用需求。而新材料可在45摄氏度以下的室温进行制备，强度与碳纤维复合材料相当，成本更加低廉，易实现商业规模化制备。此外，这种薄膜材料的拉伸断裂强度是普通石墨烯薄膜的4.5倍，韧性是后者的7.9倍。

　　这种廉价、低温的高性能多功能石墨烯纳米复合材料在航空航天、汽车、柔性电子器件等领域具有广泛应用前景。而且这种薄膜有望取代飞机、汽车等设备使用的碳纤维复合材料。