中国科技大学徐安武教授--生物合成聚合物与氧化石墨烯自组装成纳米复合薄膜及其增强的力学性能

氧化石墨烯（GO）一直被认为是有前途的多用途二维材料。但是，自支撑氧化石墨烯薄膜强度和柔韧性较差，这限制其大规模生产和长久耐用性。基于软体动物壳中珍珠层分级结构中的有机和无机成分之间的关系，受此启发，构建了自组装层状石墨烯基复合薄膜。该复合材料的有机相是在细菌生产γ-聚谷氨酸(PGA)的基础上，通过环保和经济有效的方法制备而来。常温下通过缓慢溶剂挥发法制备了GO、PGA和二价阳离子(Ca2+)复合薄膜，得到了珍珠层状的层状结构。这些生物基纳米复合薄膜显示出极好的力学性能，这归因于氢键与细菌产生的PGA以及离子与钙离子(Ca2+)之间的协同作用。GO/PGA/Ca2+复合膜的强度为150±51.9 MPa，杨氏模量为21.4±8.7 GPa，比纯GO膜分别提高了120%和70%以上。该工作为制备优良机械性能的石墨烯基薄膜提供了合理的设计策略，可将其应用于造纸，食品，饮料，颜料和制药行业中废水的过滤纯化，以及功能性膜和表面涂层等。

Figure 1. GO/PGA/Ca2+复合薄膜的制备示意图。

Figure 2. 在GO:PGA不同比例时，GO/PGA/Ca2 +纳米复合材料的机械性能。纳米复合材料（a）的拉伸强度和（b）杨氏模量。

Figure 3. 珍珠状薄膜的横截面SEM图像：（a）GO，（b）GO/Ca2 +，（c）GO/PGA和（d）GO/PGA/Ca2+复合膜。用Ca2 +溶液处理后，层状结构变得越来越致密。

Figure 4. （a）通过单轴拉伸试验得到的GO，GO/PGA和GO/PGA/Ca2 +复合膜的典型应力-应变曲线。（b）GO（黑色），GO/PGA（蓝色）和G /PGA /Ca2+（红色）复合薄膜的拉伸强度和杨氏模量特性。

该研究工作由中科大徐安武教授，荷兰代尔夫特理工大学Marie-Eve Aubin-Tam和美国罗切斯特大学Anne S. Meyer合作于2020年发表在ACS Nano期刊上。原文：Bioproduced Polymers Self-Assemble with Graphene Oxide into Nanocomposite Films with Enhanced Mechanical Performance。