石墨烯是一种具有优异机械性能和电学性能的二维材料。可用于是制备柔性电子器件，如超级电容器、锂电池等。在重复使用过程中，仍然具有高而稳定的性能。近年来，对于石墨烯纳米复合材料的研究主要关注于提高其静态力学性能，包括高抗拉强度、刚度、韧性等。对柔性电子器件来说，抗疲劳性也是关键参数之一等。然而，关于这一性能的研究却并不多。不同于传统聚合物材料，石墨烯基纳米复合材料应抑制石墨烯片层平行和垂直两个方向伤的裂纹扩展。实际上，天然生物材料具有多尺度的复杂界面结构。如贻贝结构可通过裂纹的偏移和扭转，成功引导非线性形变，抑制裂纹扩展以及裂纹桥联。此外，螯合结构对提高机械性能具有重要的作用。例如，铁离子（Fe3+）螯合物可使贻贝足丝表皮具有高扩展性。除铁离子（Fe³⁺），其他过渡金属离子，如Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、等，也可参与螯合。

　　近日，北京航空航天大学的研究人员受贻贝结构的启发，利用离子键和共价键的界面协同相互作用，制备了性的石墨烯为基础的纳米复合材料，具有高抗疲劳与超高导电性。该螯合结构是由Ni²⁺-聚多巴胺(PDA)组成。相关工作发表在《Advanced Functional Materials》（AdvancedFunctional Materials (2017) doi: 10.1002/adfm.201605636）期刊上。该仿生结构的石墨烯纳米复合材料，在290MPa应力下，经历1.0*10^5循环拉伸实验后，仍可达到144.5 S*cm^-1的电导率，其电性能的保持率高达77%。当添加的Ni²⁺含量为0.88wt%时，该仿生石墨烯纳米复合材料的拉伸强度可达417.2MPa，韧性高达19.5MJ/m³，分别是天然贻贝的2.1倍和7.5倍。因此该复合材料有望用于超级电容器和锂离子的柔性电极，并可用于可穿戴柔性电子器件领域。此外，该复合材料中的共价键与离子键的协同相互作用也为构建仿生结构的高性能多功能石墨烯纳米复合材料提供思路，具有重要的应用潜力。　　



　　图1. 抗疲劳仿生石墨烯-PDA-Ni2+纳米复合材料的制备过程

　　文章链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201605636/abstract
　　来源：中国材料网　　http://www.matinfo.com.cn/mat2005/shangcheng/dongtai_nr.asp?id=81260