原子尺度上揭示石墨烯氧化物的神秘属性

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　                  石墨烯自发现以来就由于特殊的性质吸引了科学家和工程师们的关注。但是石墨烯氧化物-一种石墨烯氧化衍生物-一直以来被认为是石墨烯的同类物质。
        西北工程的Jiaxing Huang说：“石墨烯具有完美的晶形和性质，石墨烯氧化物相比之下由于具有缺陷，性质显得稍逊于石墨烯。”
        现在，西北大学的一个研究团队发现，石墨烯氧化物看似惊人的缺陷具有令人称奇的机械性能。由西北大学麦考密克工程学院的制造业的学者Horacio Espinosa教授、 James N.教授和 Nancy J. Farley教授领导的研究团队，使用一种独特的实验和建模方法，首次在原子尺度上检测出石墨烯氧化物长久以来被人忽略的力学性能。他们的发现可以成功地扩大氧化石墨烯的面积。目前由于石墨烯构建块的结构还没有解释完全，其制备面积是有限的。
        Espinosa说：“我们的团队发现，石墨烯氧化物在破坏之前具有显著的塑性变形。石墨烯的强度非常大，但是可以突然断裂。研究发现，石墨烯氧化物在断裂之前首先产生变形。”
        Huang 比较了常见的不同材料的属性，他说：“陶瓷的强度很高，但是如果敲打陶瓷，陶瓷就会碎裂。但是如果一个塑料杯受到挤压，它会在断裂前先产生弯曲变形。”
        该项研究受到陆军研究办公室和国家科学基金会的支持，是设计材料革新和未来计划工程师计划的一部分，研究成果被发表在《自然通信》上。除了Espinosa，西北工程大学的材料科学和工程学副教授Jiaxing Huang、温伯格艺术与科学学院的化学教授SonBinh T. Nguyen也参与了该项研究。博士后Xiaoding Wei和研究生Rafael A. Soler-Crespo、 Lily Mao也是该论文的共同作者。
        研究小组发现，石墨烯氧化物具有的塑性是一种不寻常的机械化学反应的结果。石墨烯氧化物是由两个碳原子和一个氧原子形成的环氧化物。可以想象成，在一个三角形顶点上具有两个碳原子和一个氧原子。当一个环氧键化学键断裂时，碳-氧键首先断裂，碳-碳键存留。但是，当机械力作用于石墨烯氧化物时，碳-碳键断裂，碳-氧键存留。
        Nguyen 指出：“我们发现的这项成果基于原子尺度，这使得石墨烯氧化物具有完全不同于其他材料的性质，是一种非常独特的石墨烯氧化物片。”
        在原子尺度上研究石墨烯氧化物可以使研究人员进一步改善材料的性能。目前，西北大学的研究团队正在扩展对石墨烯氧化物聚合物界面的力学性能研究，这也是石墨烯氧化物实现规模化生产的关键。
        Espinosa 说：“我们的研究意味着石墨烯氧化物的规模化生产需要在原子水平上经过化学反应实现。现在，我们已经获得了制备不同长度的石墨烯氧化物，也改进了制备石墨烯氧化物的合成方法，最终我们将揭开石墨烯氧化物的谜团。”
        资料来源:美国西北大学。
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