多孔還原氧化石墨烯骨架用于增強(qiáng)雜環(huán)芳綸纖維力學(xué)性能

近日，北京大學(xué)張錦院士與新加坡南洋理工大學(xué)李述周教授和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)張忠教授等人合作，開發(fā)了一種新型的多孔還原性氧化石墨烯(HrGO)/PBIA復(fù)合纖維，該纖維具有支架結(jié)構(gòu)，其中HrGO發(fā)揮鉗夾作用，有效地將大量PBIA鏈穿過平面內(nèi)的孔。少量的HrGO （質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.075%）可以使HrGO/PBIA纖維的抗拉強(qiáng)度（5.81GPa）和楊氏模量（134.2GPa）分別提高11.5%和8.3%。通過廣角X射線散射和粗粒度分子動(dòng)力學(xué)模擬，研究者發(fā)現(xiàn)少量分散良好的HrGO提高了結(jié)晶度，并作為拓?fù)浼s束，增強(qiáng)了PBIA鏈的橫向相互作用。此外，在復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景中，HrGO/PBIA纖維的良好兼容性也通過動(dòng)態(tài)和循環(huán)加載測(cè)試得到證實(shí)。相關(guān)研究成果以Holey reducedgraphene oxide scaffolded heterocyclic aramid fibers with enhanced mechanical performance為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上。

試驗(yàn)表明，HrGO/PBIA復(fù)合纖維的綜合力學(xué)性能優(yōu)于PBIA纖維和受控rGO/PBIA纖維。HrGO/PBIA纖維中獨(dú)特的支架結(jié)構(gòu)能有效加強(qiáng)PBIA鏈的橫向相互作用，使其通過孔洞形成拓?fù)浼s束結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步了解其增強(qiáng)機(jī)理，研究者采用粗粒度（CG）模型進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬，揭示了HrGO與PBIA鏈的結(jié)構(gòu)演化和相互作用。