文献ℱ聚丙烯腈接枝氧化石墨的溶致液晶及组装的连续高性能珍珠岩纤维

11月前浏览3671

聚丙烯腈接枝氧化石墨的溶致液晶及其组装的连续高性能珍珠岩纤维

文章题目：Lyotropic Liquid Crystal of Polyacrylonitrile-Grafted Graphene Oxide and Its Assembled Continuous Strong Nacre-Mimetic Fibers

文章来源：Macromolecules 2013, 46, 6931−6941

研究团队：浙江大学高分子科学与工程系高分子合成与功能化教育部重点实验室Zheng Liu等人

研究内容

该团队最近发现了一种新型二维（2D）大分子原始氧化石墨烯（GO）的液晶（LCs），为高性能纯石墨烯纤维开辟了一条途径。

通过简单的自由基聚合工艺将聚丙烯腈（PAN）链共价并均匀地接枝到GO表面上。将PAN接枝的GO（GO-g-PAN）片充分分散在极性有机溶剂例如二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）中，随着浓度的增加形成向列型和层状LC。在LC的圆二色光谱中发现强信号，表明GO-g-PAN LC的螺旋层状结构的形成。

纤维具有严格的GO和PAN分层结构，类似于在珍珠层中观察到的经典“砖和砂浆”微观结构。仿珍珠母复合材料具有优异的力学性能，其拉伸强度为452MPa，杨氏模量为8.31GPa，断裂伸长率为5.44％。

这为制造连续的超强的和强韧的仿生复合材料提供了一种新方法。

图1合成GO-g-PAN并制备生物模拟纤维的示意图

图2 （a，b）原始GO，（c，d）GO-g-PAN1，（e，f）GO-g-PAN2和（g，h）GO-g-PAN3的AFM图像

图3 （a）纯PAN3，GO和GO-g-PANs样品的TGA曲线。（b）GO和GO-g-PAN的XPS谱图。单层GO-g-PAN3的代表性SEM（c）和TEM（d）图像

图4 （a）GO-g-PAN，PAN和GO的FTIR光谱；（b）分散在DMF中的0.5mg / mL GO和GO-g-PAN3的UV-vis光谱；插图：GO分散在DMF（1）；GO-g-PAN分散在DMF（2）和DMSO（3）中

图5分散在DMF中的GO-g-PAN的（a-d）2D散射图，其连续体积分数（φ）为0.52,1.16,1.74和2.04％，（c）和（d）中的漫射弧（箭头）表示反射弧。（e）连续φ为0.52,1.16,1.74和2.04％（连续编号1-4）的样本中散射强度随散射矢量q（q =4πsinθ/λ=2π/ d）。（f）d（001）间距与1 /φ的相关性; 红色方块是实验值，蓝色线是线性区域（φ≥0.5％）的拟合函数，（g）GO-g-PAN3 CLC分散体和纯DMF的CD光谱。

图6（a）用于纺制GO-g-PAN纤维的示意图； GO-g-PAN3纤维的表面起皱形态（b）和结（c）；（d-g）GO-g-PAN3纤维的截面形态的SEM图像；（h）GO-g-PAN3的纸片；（i，j）GO-g-PAN3纸的截面形态的SEM图像；（k）缠绕在陶瓷卷轴上的5m长的GO-g-PAN3纤维