Adv. Mater. 北航程群峰综述 石墨烯纳米复合材料能否带来柔性电子器件的商业化未来？

日前，随着时代的发展，电子设备在人们生活中所占比重大幅度增大，人们对于电子设备的要求也越来越多样化。小型化，可穿戴成为目前电子设备的发展趋势。如何得到一种长时间下可反复折叠且不影响性能的材料十分重要。石墨烯作为最具前景的一种电子材料，几乎具备了人们对于柔性器件材料的所有要求。但是由于目前传统构建方法的限制，其构筑器件还无法达到商业化应用的要求。因此，发展一种新的构筑石墨烯器件的方法是实现其商业化的一个重要问题。

大自然是最为精妙的工程师，它构筑的生命体结构可以为我们提供很多灵感。在众多可用于仿生的结构中，珍珠母由于其奇特的结构被称为是仿生学里的黄金。以珍珠母结构为灵感设计的石墨烯纳米复合材料由于其在力学以及电学方面的优异性能在过去一段时间里得到了很大的发展。

近期，北京航空航天大学仿生智能界面科学与技术教育部重点实验室程群峰（通讯作者）、江雷、万思杰、彭景淞（后两位为研究生）等人在Adv. Mater.上发表了有关于此类材料研究进展的综述，介绍了此类材料的合成方法，如何利用不同的成键方式对材料性能进行调控，材料之间协同效应对于材料性能的影响等，最后对此类材料的应用做了介绍并对材料未来发展做了展望。

Part 1  石墨烯纳米复合材料的设计策略

石墨烯纳米复合材料的设计策略即参考珍珠母的结构，选择不同物质与石墨烯进行作用，通过调控不同物质与石墨烯之间的相互作用得到具有不同性能的材料。

Part 2  合成方式以及优缺点

本图从A至F分别是层层组装，过滤，蒸发法，电化学沉积，水凝胶铸造法，冷冻塑形法。

     此表为各类合成方法的优缺点。

Part 3  主要键连方式以及与其他材料的协同效应

主要键连方式为共价键作用，氢键作用，静电相互作用，π–π相互作用。通过调控材料之间的相互作用以及材料之间一定的协同效应实现自组装。

图中为一些石墨烯纳米复合材料自组装的图示，由A至G分别为 (A) 氢键和共价相互作用; (B) 氢键和静电作用; (C) 静电相互作用和共价键; (D) 与一维纳米纤维的协同作用; (E) 与二维材料二硫化钼的协同作用; (F) 与二维材料高岭石之间协同作用; (G) 与碳纳米管的协同效应以及共价相互作用。

根据对材料性能的要求，选择不同的材料进行自组装。例如对于力学性能要求比较高的材料，即要求材料之间的作用力较强，材料中具有一定支撑以及柔性组件。

Part 4  应用

此类材料应用集中在有机光伏器件，有机晶体管，执行器，纳米发电机，电容器方面。

最后，作者前瞻性地预测了在五到十年间此类材料的变革，主要趋势有：材料在航空航天方面的应用；材料电学以及抗疲劳性能的发展；组装材料新技术的出现。

  一句话总结：柔性可穿戴性器件是目前器件发展的趋势，新器件的商业化离不开材料性能的保证。以珍珠母为灵感设计的石墨烯复合材料具有很大的潜力。根据所需材料性能的不同，我们可以采用一定的方法对其进行调控，达到商业化要求。

该成果近期发表在Advanced Materials上，论文链接：Bioinspired Graphene-Based Nanocomposites and Their Application in Flexible Energy Devices（Adv. Mater. , 2016, DOI: 10.1002/adma.201601934）

该文献解读由材料人新闻组Som0909投稿，材料牛编辑整理。

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