近日，北京大學張錦院士與新加坡南洋理工大學李述周教授和中國科學技術(shù)大學張忠教授等人合作，開發(fā)了一種新型的多孔還原性氧化石墨烯(HrGO)/PBIA復合纖維，該纖維具有支架結(jié)構(gòu)，其中HrGO發(fā)揮鉗夾作用，有效地將大量PBIA鏈穿過平面內(nèi)的孔。少量的HrGO （質(zhì)量分數(shù)為0.075%）可以使HrGO/PBIA纖維的抗拉強度（5.81GPa）和楊氏模量（134.2GPa）分別提高11.5%和8.3%。通過廣角X射線散射和粗粒度分子動力學模擬，研究者發(fā)現(xiàn)少量分散良好的HrGO提高了結(jié)晶度，并作為拓撲約束，增強了PBIA鏈的橫向相互作用。此外，在復雜的應用場景中，HrGO/PBIA纖維的良好兼容性也通過動態(tài)和循環(huán)加載測試得到證實。相關(guān)研究成果以Holey reducedgraphene oxide scaffolded heterocyclic aramid fibers with enhanced mechanical performance為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上。

試驗表明，HrGO/PBIA復合纖維的綜合力學性能優(yōu)于PBIA纖維和受控rGO/PBIA纖維。HrGO/PBIA纖維中獨特的支架結(jié)構(gòu)能有效加強PBIA鏈的橫向相互作用，使其通過孔洞形成拓撲約束結(jié)構(gòu)。為了進一步了解其增強機理，研究者采用粗粒度（CG）模型進行分子動力學模擬，揭示了HrGO與PBIA鏈的結(jié)構(gòu)演化和相互作用。