Adv. Mater. 北京理工大學：多功能油灰狀氧化石墨烯材料

【引語】

2016年10月5日，Adv. Mater. 網站在線發表了題為“Versatile graphene oxide putty-like material?”的文章。該文章的第一作者是來自北京理工大學的Yue Jiang，通訊作者是北京理工大學的曲良體教授。在這篇通訊（Communication）文章中，研究人員報道了多功能油灰狀石墨烯材料的制備與加工的研究成果。

【成果簡介】

石墨烯是碳原子按照蜂巢結構排列形成的具有單原子厚度的二維層狀材料，具有優異的熱、力、光和電學性能。石墨烯氧化物（GO）是一種具有表面含氧官能團的二維大分子材料，可以作為制備石墨烯的前驅體和功能材料。因為和石墨烯具有相似的內在結構，有望利用GO實現石墨烯的增材制造和大規模石墨烯基先進材料的制備。然而，簡單易行的獲得GO結構和實現GO的簡單組裝仍然具有挑戰性。在許多實際應用中，人們需要對石墨烯基材料進行靈活的宏觀和微觀調控。目前，通常采用的是光刻、軟印刷、直寫和3D打印等技術，這些復雜、昂貴的加工方法限制了石墨烯基材料的發展。

本文作者使用苯胺對GO分散液的性能進行調控，通過這種簡單、經濟的方法獲得了油灰狀氧化石墨烯材料（GOP）。GOP具有優異的可加工性能，容易被設計加工成各種宏觀和微觀結構。這種材料不僅可以作為3D打印的原材料，還可以在不同基底上制成圖案化結構，比如在柔性基底PET上制備出大面積的微超級電容器陣列。這種具有優異加工性能的GOP材料有望在石墨烯加工制造領域得到應用。

【圖文導讀】

圖1：GOP的表征及形成過程示意圖。

(a) GOP形成過程實物圖；

(b) 不同大小的GOP球；

(c) 刀片切開后GOP球的橫截面；

(d-f) 不同放大倍數下GOP球的SEM圖；

(g) GOP球形成過程示意圖。

圖2：使用不同方法加工GOP。

(a) GOP材質的大象；

(b) GOP材質的馬；

(c-d) 用家用面條機量產的GOP膜和GOP“面條”（插圖為最終產品的照片）；

(e) 3D打印制備GOP框架的示意圖；

(f) 根據(e)得到的GOP框架照片。

圖3：交指型電極圖案制備過程示意圖及實物圖。

(a-d) GOP材料交指型電極圖案制備過程示意圖；

(e) PET基底上的交指型電極陣列；

(f) 彎曲條件下的交指型電極陣列。

圖4：使用激光直寫加工獲得GOP圖案。

(a) 使用激光加工GOP材料的示意圖；

(b) 激光直寫的照片；

(c) 激光直寫加工的圖案，比如北京理工大學的縮寫BIT、同心圓、@和雪花。

圖5：rGOP超級電容器的電學性質測試。

(a) GOP和還原后rGOP的EDX譜圖；

(b) 超級電容器的CV測試結構，掃描速率20-500mV·s^-1（插圖為測試器件）；

(c) 不同電流密度下，超級電容器的恒電流充電放電曲線；

(d) 1000次充電/放電后，超級電容器的容量保持率。

【小結】

本文使用了一種簡單、經濟、可以量產的方法制備出具有優異可加工性能的GOP材料。GOP可以很據不同的需要，使用不同的加工方法（鑄造、3D打印、激光直寫）制備成各種形狀。還可以通過調整GOP中的官能團得到不同的復合材料，加工出大面積的器件陣列。更重要的是，GOP提供了一種材料平臺，可以用于加工出不同尺度下特定結構石墨烯。GOP有望在石墨烯加工領域得到廣泛應用。

文獻鏈接：Versatile graphene oxide putty-like material ?(Adv. Mater.，2016，DOI: 10.1002/adma. 201603284)

本文由材料人編輯部納米組王曉豐供稿，材料牛編輯整理。

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