針對(duì)這一共性難題，湖南大學(xué)王建鋒教授課題組運(yùn)用仿生的手段，創(chuàng)新石墨烯基薄膜材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，發(fā)明了一種新型技術(shù)，制備出大變形、耐折疊、耐揉搓多功能石墨烯基薄膜；其變形達(dá)到了35%，斷裂功達(dá)到了50 MJ/m3；反復(fù)折疊10000次后，各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)不降低；2毫米寬的石墨烯條折疊并用70公斤的壓力壓縮折疊位置后，不影響力學(xué)性能；用手掌反復(fù)任意揉搓石墨烯薄膜不會(huì)破裂。

自然界中，天然貝殼由大量碳酸鈣片和一些聚合物組成，這些聚合物包含了一種高強(qiáng)度的甲殼素納米纖維，最近的研究揭示貝殼生長(zhǎng)過(guò)程中甲殼素納米纖維形成了相互交織的多孔框架結(jié)構(gòu)。受此啟發(fā)，首次提出了以三維聚合物納米纖維框架取代傳統(tǒng)層狀納米復(fù)合材料中的聚合物塑料，制備高柔性多功能石墨烯薄膜的理念。實(shí)驗(yàn)上，以溶劑剝離的聚對(duì)苯撐苯并二噁唑（PBO）分叉納米纖維和石墨烯粉體為原材料，發(fā)明了一種溶膠-凝膠-薄膜轉(zhuǎn)換技術(shù)，制備出石墨烯/PBO納米纖維仿貝殼層狀薄膜（圖2），其中石墨烯的重量百分含量為40-70%。這種獨(dú)特的制備技術(shù)使得PBO納米纖維形成三維互連框架結(jié)構(gòu)，賦予該石墨烯基薄膜前所未有的大變形、耐折疊、耐揉搓性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前文獻(xiàn)報(bào)道的所有石墨烯基層狀薄膜材料。

圖1 a）溶膠-凝膠-薄膜轉(zhuǎn)換方法制備石墨烯基薄膜的過(guò)程，b）制備過(guò)程示意圖，c）分叉PBO納米纖維，d, e) 石墨烯-PBO納米纖維的結(jié)構(gòu)，f）石墨烯-PBO納米纖維的層狀結(jié)構(gòu)及層間的纖維網(wǎng)絡(luò)。

該石墨烯基柔性薄膜材料具有較低的密度和良好的多功能特性，導(dǎo)熱率為130 W m?1 K?1，熱分解溫度為520 ℃，長(zhǎng)時(shí)間燃燒不起火。這種仿生石墨烯基導(dǎo)熱薄膜可用于柔性電子設(shè)備，尤其是在航空航天領(lǐng)域代替金屬作為輕量化散熱材料。

該研究成果發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上，題目為“Unprecedentedly Tough, Folding‐Endurance, and Multifunctional Graphene‐Based Artificial Nacre with Predesigned 3D Nanofiber Network as Matrix”。博士生王云晶為第一作者，王建鋒教授為通訊作者。

文章鏈接為：https://doi.org/10.1002/adfm.201903876