天然珍珠層通常被稱為大自然的盔甲，具有典型的“磚-泥”微/納米級(jí)多層微結(jié)構(gòu)，具有顯著的抗拉強(qiáng)度和韌性。珍珠層的高度有序多層結(jié)構(gòu)為構(gòu)建先進(jìn)的納米復(fù)合材料提供了機(jī)會(huì)。雖然在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上模擬人工珍珠材料已經(jīng)取得了顯著的成功，但由于耗時(shí)的連續(xù)沉積過程，仍難以大規(guī)模應(yīng)用。該研究中，報(bào)道了一種快速、大規(guī)模的磁組裝工藝，用于制備氧化石墨烯(GO)基復(fù)合膜，模擬珍珠層的結(jié)構(gòu)。具體來講，先通過在GO納米片表面裝飾Fe
3O
4納米粒子，合成磁性GO納米片，然后用聚乙烯醇(PVA)溶液進(jìn)行組裝，形成仿珍珠的納米復(fù)合材料。MGO−PVA薄膜的抗拉強(qiáng)度和韌性分別達(dá)到248.0±6.7 MPa和7.0±0.5 MJ·m
−3，分別是純MGO薄膜的5.0倍和4.0倍。更有趣的是，用氫碘酸原位還原后，拉伸強(qiáng)度高達(dá)340.0±6.2 MPa。這項(xiàng)工作提供了一種快速制造強(qiáng)集成珍珠層材料的工藝，在工程、航空航天、柔性能源器件和電磁干擾屏蔽材料等方面顯出重要的應(yīng)用前景。
Figure 1. 說明了MGO−PVA復(fù)合膜的快速自組裝過程。
Figure 2. (a)純氧化石墨烯、Fe
3O
4和MGO的XRD譜圖，(b) FTIR譜圖。
Figure 3．(a) GO、Fe
3O
4、MGO、PVA、MGO−PVA復(fù)合膜的TGA曲線。(b) MGO−PVA (18.8 wt %)復(fù)合膜的磁化曲線。(c) MGO−PVA混合物的快速磁性組裝(通過磁性組裝工藝制備的折疊MGO−PVA的光學(xué)圖像，證實(shí)了復(fù)合膜的韌性)。
Figure 4．(a)純MGO、(b) MGO−PVA (4.8 wt %)和(c) MGO−PVA (18.8 wt %)復(fù)合薄膜的SEM橫截面圖。
Figure 5. (a)不同薄膜的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線比較。插圖證實(shí)了MGO−PVA(18.8% wt %)復(fù)合膜具有較高的拉伸強(qiáng)度，可完全支撐約500 g的重量。(b) MGO−PVA復(fù)合薄膜的楊氏模量和韌性。(c)復(fù)合薄膜斷裂機(jī)理示意圖。
該研究工作由江南大學(xué)Weifu Dong課題組于2021年發(fā)表在ACS Applied Nano Materials期刊上。原文：Fe
3O
4 Nanoparticle-Decorated Graphene Oxide Nanosheets for Magnetic Assembly of Artificial Nacre。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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