浙江大学高超教授和西安交通大学刘益伦教授课题组--氧化石墨烯基纤维的可逆融合和分裂

在生物组织和人工分子组装中均广泛观察到刺激反应性融合和裂变行为。 但是，在融合和裂变过程中，设计具有结构和属性持久性的体系仍然具有挑战性。这里，展示了湿法纺丝制备的氧化石墨烯(GO)纤维的可逆融合和裂变行为，在溶剂触发下，许多宏观纤维可以融合成更粗的一种纤维，并且也可以分离成原始的单个纤维。氧化石墨烯纤维壳层由溶剂蒸发和渗透引起的动态几何变形，是实现可逆融合-分裂循环的关键。该原理可扩展到实现复杂纤维组件之间的柔性转换，以及客体化合物的夹杂或排出。

Figure 1. GO纤维的可逆融合和裂变。（A）溶剂触发精确可逆的GO纤维自溶和自裂变原理图。（B）~100 GO纤维和单个FuF-100纤维通过膨胀辅助融合和裂变可逆转换的照片。（C-F）~100 GO纤维的融合过程(从左到右)和FuF-100的反裂变过程(从右到左)的连续扫描电镜图像。

Figure 2. 融合-裂变循环的原位荧光观察和异位EDS分析。（A-D）连续荧光显微图。（E-L）不同元素的连续重叠元素分布图像，显示了水诱导的融合(顶部)和裂变(底部)过程。

Figure 3．可逆融合和裂变的动态形貌变形机制。（A）自融合和自裂变的可逆恢复的壳层形貌皱褶示意图。（B）在膨胀和溶胀过程中，单根水溶胀GO纤维的壳周长随纤维直径的变化。（C）在不同纤维直径下单位波纹的平均尖端曲率半径。（D）FuF-50和FiF-50的拉伸强度和相应的直径与循环次数的函数关系。

Figure 4．可逆融合实现了可控转变。（A-D）不同过程时的可逆转变的照片。（E，F）示意图和偏光光学照片。（G-J）偏光光学显微镜图像，显示聚丙烯腈(PAN)短纤维通过熔合捕获FuF和裂变可逆排出。

该研究工作由浙江大学高超教授和西安交通大学刘益伦教授课题组于2021年发表在Science期刊上。原文：Reversible fusion and fission of grapheneoxide–based fibers。

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地址 浙江省杭州市西湖区浙大路38号浙江大学高分子大楼511办公室

研究方向

· 石墨烯化学与宏观组装

· 石墨烯储能

高超，男，土家族，1973年1月生。工学博士，教授，博士生导师。

1995年毕业于湖南大学化学化工学院有机化工专业，获学士学位，1998年毕业于同校精细化工专业获硕士学位，2001年毕业于上海交通大学高分子科学与工程系，获得工学博士学位，并留校任教。2002年8月被评为副教授。2003年11月至2006年8月先后在英国Sussex大学化学系Harold W. Kroto爵士实验室、日本Toyo大学Toru Maekawa教授组、德国Bayreuth大学Axel H. E. Müller教授组做访问研究、博士后研究、合作研究和洪堡基金研究员。2008年2月加入浙江大学高分子系，同年7月被评为教授、博士生导师。

主要从事石墨烯化学与组装等方面的研究。在Sci. Adv.，Nat. Commun.，Adv. Mater.，Acc. Chem. Res.等期刊发表SCI收录文章180余篇，他引10000余次。共同主编Wiley出版的英文专著1本，为英文专著撰写6个章节，已授权中国发明专利46项，担任Nano-Micro Lett.、《中国科学：化学》、《功能高分子学报》、期刊编委，中国能源学会专家委员会委员。入选国家第二批“万人计划”科技创新领军人才、科技部“创新人才推进计划中青年科技创新领军人才”、“浙江省151人才工程第一层次培养人员”、“Academician of Asia-Pacific Academy of Materials (APAM)”，获得“钱宝钧纤维奖 青年学者”、国家杰出青年科学基金、“Gold Kangaroo World Innovation Award”、“第十二届浙江省青年科技奖”、“浙江大学十大学术进展”等人才计划或荣誉。

近五年代表性成果：

1.Zhen Xu, Yingjun Liu, Xiaoli Zhao, Li Peng, Haiyan Sun, Yang Xu, Xibiao Ren, Chuanhong Jin, Peng Xu, Miao Wang,Chao Gao*. Ultrastiff and strong graphene fibers via full-scale synergetic defect engineering. Adv. Mater., 2016, 28, 6449.

2.Zhen Xu, Chao Gao*. Graphene in macroscopic order: liquid crystals and wet-spun fibers. Acc. Chem. Res., 2014, 47, 1267.

3.Zheng Li, Zhen Xu, Yingjun Liu, Ran Wang, Chao Gao*. Multifunctional non-woven fabrics of interfused graphene fibres. Nat. Commun., 2016, 7, 13684.

4.Li Peng, Zhen Xu, Zheng Liu, Yan Guo, Peng Li, Chao Gao*. Ultrahigh thermal conductive yet superflexible graphene films. Adv. Mater., 2017, 29, 1700589.

5.Hao Chen, Hanyan Xu, Siyao Wang, Tieqi Huang, Jiabin Xi, Shengying Cai, Fan Guo, Zhen Xu, Weiwei Gao, Chao Gao*. Ultrafast all-climate aluminum-graphene battery with quarter-million cycle life. Sci. Adv., 2017, 3, eaao7233.

6.Haiyan Sun, Zhen Xu, Chao Gao*. Multifunctional, ultra-flyweight, synergistically assembled carbon aerogels. Adv. Mater., 2013, 25, 2554.

7.Liang Kou, Tieqi Huang, Bingna Zheng, Yi Han, Xiaoli Zhao, Karthikeyan Gopalsamy, Haiyan Sun, Chao Gao*. Coaxial wet-spun yarn supercapacitors for high-energy density and safe wearable electronics. Nat. Commun., 2014, 5, 3754.

8.Fan Guo, Yanqiu Jiang , Zhen Xu*, Youhua Xiao, Bo Fang, Yingjun Liu, Weiwei Gao, Pei Zhao, Hongtao Wang, Chao Gao*. Highly stretchable carbon aerogels. Nat. Commun., 2018, 9, 881.

9.Hao Chen, Fan Guo, Yingjun Liu, Tieqi Huang, Bingna Zheng, Nimrodh Ananth, Zhen Xu, Weiwei Gao, Chao Gao*. A defect-free principle for advanced graphene cathode of aluminum-ion battery. Adv. Mater., 2017, 29, 1605958.

10.Yingjun Liu, Zhen Xu, Jianming Zhan, Peigang Li, Chao Gao*. Superb electrically conductive graphene fibers via doping strategy. Adv. Mater., 2016, 28, 7941.

刘益伦 (Yilun Liu)，教授，博导

国家级青年人才

西安交通大学青年拔尖人才

工程力学系主任

Department of Engineering Mechanics

School of Aerospace

Xi'an Jiaotong University

多尺度力学-医学交叉实验室

Multiscale Mechanics and Medical Science Lab

航天航空学院，教一楼东405

（School of Aerospace,  East 405）

Tel: [phone]

Email: [e-mail]

Working experience

教授，博导（国家级青年人才，西安交通大学青年拔尖人才）: Department of Engineering Mechanics, School of Aerospace, Xi’an Jiaotong University, 2015-Current

Associated Professor: International center for applied mechanics (ICAM), School of Aerospace, Xi’an Jiaotong University, 2013-2015.

Postdoctor (Advisor Prof. Xi Chen): Department of Earth and Environmental Engineering, Columbia University, 2011~2013.

Research assistant: Centre for Nano and Micro Mechanics, Tsinghua University, 2011.

Education

Ph.D.: Solid Mechanics (Advisor Prof. Quanshui Zheng)

Department of Engineering Mechanics, Tsinghua University, 2011

B.E.: Solid Mechanics

Department of Engineering Mechanics, Tsinghua University, 2005

2018：

1.     Xian Kong, Junkai Deng*, Lou Li, Yilun Liu, Xiangdong Ding, Jun Sun, and Jefferson Zhe Liu*. Tunable auxetic properties in group-IV monochalcogenide monolayers. PHYSICAL REVIEW B 2018, 98, 184104.

2.     Senping Liu, Jingran Liu, Zhen Xu*, Yilun Liu*, Peng Li, Fan Guo, Fang Wang, Yingjun Liu, Mincheng Yang, Weiwei Gao, and Chao Gao*. Artificial Bicontinuous Laminate Synergistically Reinforces and Toughens Dilute Graphene Composites. ACS Nano, 2018, 12 (11), 11236–11243.

3.     Yan Song, Mengyu Chai, Bin Yang, Zelin Han, Song Ai, Yilun Liu, Guangxu Cheng* and Yun Li*. Investigation of the Influence of Pre-Charged Hydrogen on Fracture Toughness of As-Received 2.25Cr1Mo0.25V Steel and Weld. Materials 2018, 11(7), 1068.

4.     Yan Chen, Xiaoyang Shi, Mingjia Li, Yilun Liu*, Hang Xiao* and Xi Chen. Strain and defect engineering on phase transition of monolayer black phosphorene. Physical Chemistry Chemical Physics 2018, 20, 21832-21843.

5.     Langquan Shui, Liangliang Zhu, Yilun Liu* and Xi Chen*. Acoustic actuators based on the resonance of an acoustic-film system applied to the actuation of soft robots. Journal of Sound and Vibration 2018, 432, 310-326.

6.     Yan Song, Zelin Han, Mengyu Chai, Bin Yang, Yilun Liu, Guangxu Cheng*, Yun Li* and Song Ai*. Effect of Cementite on the Hydrogen Diffusion/Trap Characteristics of 2.25Cr-1Mo-0.25V Steel with and without Annealing. Materials 2018, 11(5), 788.

7.     Yan Song, Weijie Wu, Mu Qin, Dingjun Li, Yilun Liu, Song Ai and T.J.Wang*. Effect of geometric parameter on thermal stress generation in fabrication process of double-ceramic-layers thermal barrier coating system. Journal of the European Ceramic Society, 2018, 38(11), 3962-3973.

8.     Mengjie Li, Huasong Qin, Jingran Liu and Yilun Liu*. Mechanism of three-dimensional surface wrinkle manipulation on a compliant substrate. Journal of Applied Mechanics, 2018, 85(7), 071004.

9.     Yu Sun*, Yilun Liu, Xuefeng Chen*, Zhi Zhai, and Satoshi Izumi. Thermal-mechanical coupling effect on initial stage oxidation