基于上海光源SAXS实验方法的石墨烯液晶研究取得重要进展

2015/12/31 | 【 【打印】【关闭】 | 访问次数:

液晶由于具有长程有序性,因此被广泛用来制备高度有序的材料。氧化石墨烯在溶液中也可以形成液晶,它已经被成功地用来制备高强度的石墨烯纤维以及薄膜。对于普通尺寸的氧化石墨烯来说,形成高取向的向列相液晶需要很高的浓度(>10mg mL-1)。但这种高浓度却不适合用来制备低密度的石墨烯气凝胶。因此开发出新方法使氧化石墨烯在低浓度下即可形成液晶来制备取向石墨烯气凝胶是解决这一问题的关键。

清华大学石高全课题组在上海光源X射线小角散射光束线站(16B)的支持下,近期在《先进材料》(Advanced Materials杂志上发表了题为Base-Induced Liquid Crystals of Graphene Oxide for Preparing Elastic Graphene Foams with Long-Range Ordered Microstructures的论文。研究人员通过向氧化石墨烯溶液中加入碱(KOH),诱导氧化石墨烯在较低浓度下(3.5 mg mL−1)形成高取向的向列相液晶,研究了加碱前后氧化石墨烯溶液的小角X射线散射图像变化,确认了碱诱导氧化石墨烯液晶向更加有序的方向转变。随后,对这种碱诱导的氧化石墨烯液晶进行水热还原和冷冻干燥,制备出了石墨烯气凝胶。通过扫描电子显微镜观察,这种石墨烯气凝胶成功地继承了氧化石墨烯液晶的高度取向结构,展现出像木材年轮般的高取向同心圆结构。同时这种取向结构也赋予了气凝胶良好的压缩回弹性,从而使气凝胶可被应用于形变传感器,可以定量传感0.5−60%的形变。(材料与能源研究部 供稿)

(a, b, c) 水,GOGO+KOH溶液的SAXS图像。 (d)碱诱导的氧化石墨烯液晶的偏光显微镜图片。(e)气凝胶的结构示意图。(f, g)气凝胶的不同放大倍数的扫描电镜图像。fg分别对应的是示意图e中的方框12的位置。

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