Adv. Mater. 北航程群峰綜述 石墨烯納米復合材料能否帶來柔性電子器件的商業化未來？

日前，隨著時代的發展，電子設備在人們生活中所占比重大幅度增大，人們對于電子設備的要求也越來越多樣化。小型化，可穿戴成為目前電子設備的發展趨勢。如何得到一種長時間下可反復折疊且不影響性能的材料十分重要。石墨烯作為最具前景的一種電子材料，幾乎具備了人們對于柔性器件材料的所有要求。但是由于目前傳統構建方法的限制，其構筑器件還無法達到商業化應用的要求。因此，發展一種新的構筑石墨烯器件的方法是實現其商業化的一個重要問題。

大自然是最為精妙的工程師，它構筑的生命體結構可以為我們提供很多靈感。在眾多可用于仿生的結構中，珍珠母由于其奇特的結構被稱為是仿生學里的黃金。以珍珠母結構為靈感設計的石墨烯納米復合材料由于其在力學以及電學方面的優異性能在過去一段時間里得到了很大的發展。

近期，北京航空航天大學仿生智能界面科學與技術教育部重點實驗室程群峰（通訊作者）、江雷、萬思杰、彭景淞（后兩位為研究生）等人在Adv. Mater.上發表了有關于此類材料研究進展的綜述，介紹了此類材料的合成方法，如何利用不同的成鍵方式對材料性能進行調控，材料之間協同效應對于材料性能的影響等，最后對此類材料的應用做了介紹并對材料未來發展做了展望。

Part 1? 石墨烯納米復合材料的設計策略

石墨烯納米復合材料的設計策略即參考珍珠母的結構，選擇不同物質與石墨烯進行作用，通過調控不同物質與石墨烯之間的相互作用得到具有不同性能的材料。

Part 2? 合成方式以及優缺點

本圖從A至F分別是層層組裝，過濾，蒸發法，電化學沉積，水凝膠鑄造法，冷凍塑形法。

???? 此表為各類合成方法的優缺點。

Part 3? 主要鍵連方式以及與其他材料的協同效應

主要鍵連方式為共價鍵作用，氫鍵作用，靜電相互作用，π–π相互作用。通過調控材料之間的相互作用以及材料之間一定的協同效應實現自組裝。

圖中為一些石墨烯納米復合材料自組裝的圖示，由A至G分別為 (A) 氫鍵和共價相互作用; (B) 氫鍵和靜電作用; (C) 靜電相互作用和共價鍵; (D) 與一維納米纖維的協同作用; (E) 與二維材料二硫化鉬的協同作用; (F) 與二維材料高嶺石之間協同作用; (G) 與碳納米管的協同效應以及共價相互作用。

根據對材料性能的要求，選擇不同的材料進行自組裝。例如對于力學性能要求比較高的材料，即要求材料之間的作用力較強，材料中具有一定支撐以及柔性組件。

Part 4? 應用

此類材料應用集中在有機光伏器件，有機晶體管，執行器，納米發電機，電容器方面。

最后，作者前瞻性地預測了在五到十年間此類材料的變革，主要趨勢有：材料在航空航天方面的應用；材料電學以及抗疲勞性能的發展；組裝材料新技術的出現。

? 一句話總結：柔性可穿戴性器件是目前器件發展的趨勢，新器件的商業化離不開材料性能的保證。以珍珠母為靈感設計的石墨烯復合材料具有很大的潛力。根據所需材料性能的不同，我們可以采用一定的方法對其進行調控，達到商業化要求。

該成果近期發表在Advanced Materials上，論文鏈接：Bioinspired Graphene-Based Nanocomposites and Their Application in Flexible Energy Devices（Adv. Mater. , 2016, DOI: 10.1002/adma.201601934）

該文獻解讀由材料人新聞組Som0909投稿，材料牛編輯整理。

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