北京航空航天大學(xué)郭林教授團隊與國內(nèi)外學(xué)者合作，在基于“納米結(jié)構(gòu)單元合成，非晶/晶體異質(zhì)相-復(fù)雜界面構(gòu)筑及其可控組裝”的仿貝殼層狀氧化石墨烯(GO)基復(fù)合板材制備領(lǐng)域取得重要進展。

性能優(yōu)異的輕質(zhì)、高強、高韌復(fù)合材料在航空航天、機械制造、電子信息等領(lǐng)域有著迫切的實際需求和廣泛的應(yīng)用前景。氧化石墨烯(GO)，作為石墨烯的一種重要的衍生物，具有優(yōu)異力學(xué)性能和高化學(xué)穩(wěn)定性。近年來，GO作為制備高強韌復(fù)合材料的理想填料或組裝單元之一，受到廣泛的關(guān)注和深入的研究。目前制備的GO基復(fù)合材料僅限于高性能纖維、薄膜或者輕質(zhì)泡沫，實現(xiàn)大尺寸的三維塊體復(fù)合板材的可控構(gòu)筑和力學(xué)性能的提升面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

北京航空航天大學(xué)研究團隊及其合作者受天然貝殼多尺度、多級次、非均相微納米“磚-泥”結(jié)構(gòu)所賦予的優(yōu)異力學(xué)性能啟發(fā)，設(shè)計了基于“納米結(jié)構(gòu)單元合成，非晶/晶體GO/MnO2異質(zhì)相-復(fù)雜界面構(gòu)筑及其可控組裝”的仿貝殼層狀復(fù)合材料制備路線，實現(xiàn)了力學(xué)性能優(yōu)異的厘米尺度GO復(fù)合板材的可控組裝與制備。相比純的GO、SA以及無交聯(lián)浸泡復(fù)合板材，GO基復(fù)合板材具備更高的彎曲強度((218.4±11.2)MPa)和優(yōu)異的斷裂韌性((5.4±0.4)MPa·m1/2)，其強度幾乎是純GO的12.5倍，韌性是純GO約40倍；同時，該GO基板材具有低的密度(約1.85 g/cm3)，綜合性能為迄今厘米尺度GO基復(fù)合塊體板材中力學(xué)性能最優(yōu)的報道之一。

該研究工作揭示了非晶體MnO2與GO納米片之間存在更強的相互作用力，以及以晶體/非晶-MnO2/GO為基礎(chǔ)的納米“磚-泥”結(jié)構(gòu)與微米復(fù)合薄膜片層“軟-硬”堆疊結(jié)構(gòu)高度有序結(jié)合，是實現(xiàn)該復(fù)合板材優(yōu)異力學(xué)性能表現(xiàn)的關(guān)鍵所在，這一點為先進的柔性二維納米材料實現(xiàn)從納米尺度到宏觀尺度的組裝，并獲得優(yōu)異的力學(xué)性能提供了理論借鑒。