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设计师使石墨烯复合资料的强度和韧性相结合

就质轻材料的高强度和延展性而言，石墨烯材料很有可能算是上金牌。殊不知，针对最要求这种性能的运用，如航天航空、自动化技术、基础设施建设和道路运输，应用石墨烯材料依然是很贵和脱离实际的。如今，由Markus Buehler领导干部的麻省理工大学的科学研究工作人员根据试验和仿真模拟设计制作一种根据氧化石墨烯的复合材料，这类材料对于强度和延展性开展了提升，并展现了湿度怎样改进这种性能。

水对层间隔的危害。(a)不一样水分含量的GO和GO-PDA型号规格的快照更新。 为清晰考虑，PDA(DHI企业)显示信息为橘色，水分以深蓝色显示信息。(b)不一样含水量GO和GO-PDA的层间隔(c)GO和GO-PDA毕业论文的扫描仪透射电镜图象。比例尺精度表明500nm。

人工合成材料能够 是硬实的或坚韧的，但目前为止，为使二种特性融合的试着仍在艰辛开展。做为麻省理工大学Francisco Martin-Martinez精英团队的一名科学研究工作人员，告知nanotechweb.org，“氧化石墨烯(GO)很有可能比石墨烯材料更非常容易生产制造，但它的这种性能最弱。将3D GO工程图纸拼装成能够 遮盖公分而不但是μm的塑料薄膜 - “GO纸” - 使强度依然进一步损伤。

Martin-Martinez说：“它是聚多巴胺(PDA)进到这个游戏的地区，”它叙述了高聚物怎样遭受贻贝外螺纹黏附性能的启迪。充分考虑在潮汛冲击性的冲击性下，难除的贻贝怎样与岩层和别的海湾工程建筑融合，非常容易看得出为何这种腔肠动物的黏合强度很有可能会刺激性了团队理念。

Martin-Martinez填补说：“除此之外，大家也遭受天然珍珠层(珍珠母)的构造的启迪，其类似砖和水泥砂浆的配备，具备优异的机械设备性能。” “因而，由从当然系统软件中得到的很多设计灵感，大家设计方案了一个珍珠母研讨式GO-(贻贝设计灵感)PDA纳米技术复合材料，其的确具备比初始的GO塑料薄膜更强的机械设备性能。”

尽管其他组织已科学研究了PDA复合材料，但之前的工作中早已被仅限于试验。如同汇报的第一作者陈俊德所强调的那般，针对PDA的汇聚原理和PDA与GO中间的化学变化的汇聚原理早已替代了之前的系统软件模型试着。麻省理工大学的科学研究工作人员可以紧紧围绕这一点建立分子结构模型，随后从试验和材料定性分析意见反馈到模型中。

Martin-Martinez说：“这意味着了一种优秀的预测分析专用工具，这根据降低将分子设计方案列入生产制造过程中所需的试验频次使材料的生产制造更高效率。

从模型到黏合原理

科学研究工作人员明确了5,6-二甲基吲哚(DHI)的最具反映特异性的部位，且PDA从GO和胆碱的水溶液中自汇聚或与GO反映时在这儿产生化学键。随后她们应用PDA的基础建块简单化了该汇聚全过程的模型。

根据将不一样浓度值的水引进到她们的模型，科学研究工作人员能够 明确湿度对GO层和固层间隔中间共价键相互影响的危害。她们还明确了因为塑胶板材上的地应力不匀称造成 的GO-PDA纳米技术复合材料的湿度驱动器收拢原理。她们科学研究了应用这种模型邻近层被拉向反过来方位的纳米技术复合材料的强度，与GO对比，GO-PDA纳米技术复合材料具备出色的延展性及其随湿度提升而提升的强度。

結果与之前的假定比照，这说明这种复合材料的强度关键来源于共价化学交联。 Buehler以及精英团队应用的模型不包括这种共价化学交联，而GO-PDA在仿真模拟中的黏合强度依然超出GO，根据试验开展了不错的较为，说明共价化学交联对材料的机械设备强度导致了可忽视的危害。

“由上而下的设计方案”将来发展潜力

科学研究工作人员认可模型中的一些限定，但依然对根据仿真模拟和试验的“由上而下设计方案”方式的广泛运用满怀信心。多谋善断“从仿真模拟全过程中，即便我们在仿真模拟中没法得到具体的强度和仿真模拟的延展性，大家仍能够 了解哪样材料设计方案造成高些的机械设备性能”。如同在GO-PDA中一样，很有可能也有很多别的材料的湿度在机械设备性能层面湿度起着尤为重要的功效。

沒有参加麻省理工大学精英团队近期的工作中，可是在奥斯汀的得克萨斯州高校的科学研究也致力于石墨烯材料复合材料的Rodney Ruoff说“创作者汇报说，与别的珍珠母仿真模拟物对比，这类材料具备高些的机械设备强度和延展性，并且她们的模型将来很有可能会出现改善，”，“假如见到可以在未来能够 完成由湿度伸缩操纵的自折叠构造将是十分趣味的。”

将来的工作中将关键是改善PDA的方式，探寻别的微生物启迪材料，再次进行更实际的模型，及其其生成对策来改善试验层面。

来源于：材料科技在线

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