氧化石墨烯的制备和表征在我们的技术中独立的纸一样或foil-like材料是社会不可分割的一部分。

他们的用途包括作为防护层,化学过滤器、组件电气电池或超级电容器,粘合剂层,电子或光电组件,和分子存储。

基于纳米组件如剥落了蛭石或云母血小板使无机的纸一样的材料一直深入研究和商业化防护涂料、高温粘结剂、电介质壁垒和gas-impermeable膜。

因为它们的化学电阻率与大多数媒体,在宽度，温度范围内,密封性能优越,是不透过性液体，碳基柔性石墨薄片堆叠血小板组成的膨胀石墨一直使用在在填料和填料的应用程序。

碳纳米管的发现带来了巴基纸,它显示优良的机械和电气性能,使其潜在的适合燃料电池和结构复合应用程序。

在这里,我们报告的准备和表征氧化石墨烯纸,一个由血流导引组装独立的碳基膜材料个人氧化石墨烯表。

这种新材料在刚度和强度方面优于许多其他的纸一样的材料。

这种新材料区别于其他纸一样的材料的刚度和强度。

宏观的灵活性和刚度的组合的结果能联锁纳米石墨烯氧化物表的安排。

氧化石墨是一种层状材料组成的亲水氧化的石墨烯薄片(氧化石墨烯表)轴承氧官能团基飞机和边缘。

Graphite-oxidebased薄膜是通过solvent-casting方法制造的，但尚不清楚是否氧化石墨分散体使用完全脱落成单个表。

此外,生成的薄膜材料的形态和力学性能在侦破而没有阐明。

最近,我们已经表明,在合适的条件下氧化石墨在水中可以接受完全剥落,产生几乎完全个人的胶体悬浮液，平均横向尺寸约1毫米的石墨烯氧化物表。

这样的表可以化学功能化,分散在聚合物矩阵,缺氧复合材料屈服小说。

我们因此寻求一个方法将氧化石墨烯表组合为秩序井然的宏观结构。

我们发现,类似于碳纳米管,石墨烯氧化物表确实可以组装成纸一样的材料并在一个方向流动。

真空过滤胶体分散体系的氧化石墨烯表通过一个Anodisc膜过滤并干燥后,独立的氧化石墨烯纸厚度范围从1到30毫米（补充的信息1）。

这这种材料在传播在反射白光时是均匀和深棕色,当比5毫米厚时是几乎黑色得了(图1)。

氧化石墨烯纸样品的断裂边缘成像通过扫描电子显微镜(SEM)透露well-packed层通过几乎整个论文的截面样本,夹在密集的“波浪”少皮肤层,厚约100 - 200 nm e-g(图1)。

这种材料在反射时以均匀和深棕色在传播,在比5毫米厚时几乎黑色得了(图1)。

图1 |氧化石墨烯纸的形态和结构。

a-d氧化石墨烯纸模拟、数码相机图像。

a,1微米厚(西北大学的标志在纸下）;b,折叠,5微米厚半透明薄膜;c、折叠,25微米厚地带;d,带断裂后拉伸加载。

e-g、低收入、中等收入和高分辨率扫描电镜侧视图像,10微末厚样品。

h,x射线衍射模式的两个氧化石墨纸样品用两种不同的工具(见方法)。

图2 |拉伸行为的例子数代表氧化石墨烯纸样品。

(见补充信息2清单样本特征)。

,应力-应变曲线为5.2 毫米厚样本(5 - 1、红色)和重载取样碎片(5-1-R、蓝色)。

变形可以分为三个政权:矫直(我),(2)“弹性”和(III)塑料。

5.5 b,应力-应变曲线-毫米-厚示例(6 - 3,红色)和重载取样碎片(6-3-R、蓝色)。

c、应力-应变曲线的周期性加载11毫米样本(12)。

实线表示加载周期的一部分,虚线表示发布周期的一部分。

蓝色和红色线是线性应力-应变依赖的配件与27岁和32 GPa的弹性模量,分别。

d,衍生品四个不同的样品的应力-应变曲线,揭示了“搓板”模式在拉伸加载行为。

e、应力-应变曲线为5.5 毫米厚样品(6 - 4)和重载片段(6-4-R)显示刺滑动行为。

f-h,应力-应变循环测量11毫米厚样本(以12比4)40加州大学,分别90年加州大学和120年加州大学。

我,相同的线性热收缩11毫米厚样本记录之间的拉伸测试(线性负热膨胀系数,大约250310 26 K 21)。

红色曲线最终样本拉断裂前一步。

从它的x射线衍射模式(图1小时)可以看出氧化石墨烯纸的分层是显而易见的。

典型的x射线谱峰值氧化石墨烯纸样品对应-膜与膜之间距离(层间距)约为0.83海里。

从研究依赖层间距在氧化石墨含水量,测量距离可以归因于一个大约一分子微粒厚层石墨烯氧化物之间的水大概氢-结合表。

有序的平均尺寸的石墨烯氧化物的纸张材料的定向垂直地中飞机从x射线衍射峰的宽度计算使用德拜-谢勒方程22日和被发现5.260.2海里。

这个尺寸对应于6到7多层石墨烯氧化物表。

在一个典型的应力-应变曲线三个组织方法的的变形可以观察到样品的氧化石墨烯纸:矫直,几乎线性(“弹性”),和塑料(图2)。

这种行为类似于大多数纸一样或类箔材料;然而,氧化石墨烯纸很僵硬。

虽然有不同程度的起皱和波浪状的氧化石墨烯纸在不同长度尺度,最初在拉伸加载矫直相当小。

氧化石墨烯纸样品加载破裂超出了“弹性”组织不伴随任何撤退的薄片,并产生几乎直接和平坦的断裂表面e-g(图1)。

这与巴基纸的断裂有联系,并建议使用好的材料均匀性和层间粘结牢固。

极限抗拉应变为氧化石墨烯纸(0.6%最高记录的样本数量没有展览滑伸行为,见下文)相当的柔性石墨薄片沿轧制方向(0.5%),而远低于蛭石(2.5%)和巴基纸(3 - 5.6%)由类似的过滤策略。

然而,扩展的工作为氧化石墨烯纸断裂高达350 kJ 每立方米(~190J每千克,材料密度,1.8 g每立方厘米，补充信息7)。

这些值对应的值超过十倍柔性石墨薄片和类似规模的值为“原始”巴基纸。

拉伸试验测量我们的氧化石墨烯纸显示很高的拉伸模量和断裂强度的值(图2)。

平均氧化石墨烯纸模量是确定为32 GPa(平均31个测试样品,补充信息2)4262年被最高GPa。

这些值远高于那些报道的巴基纸纸一样以蛭石为基础的材料(由铸造或过滤策略)和柔性石墨箔(图3)。

介绍了循环荷载试验表明,永久变形的样品即使他们“弹性”组织的加载范围内(图2)。

每次循环的加载和卸载部分显示弹性模量的增加,总增加约20%,分5个周期。

这种自我强化的行为是众所周知的对齐的聚合物链和其他纤维材料24日在拉伸加载会导致大分子沿加载方向和机械/原纤维排列更强硬的样本。

同样氧化石墨烯纸应该导致一个更好的对齐的二维片晶,因此也单个石墨烯氧化物表,增加接触和相互作用,并导致更严厉的材料。

这种行为的氧化石墨烯纸是形成鲜明对比的柔性石墨薄膜的弹性模量降低应力循环。

有趣的是,石墨烯氧化物纸样品的应力-应变曲线经常显示“搓板”模式,有时甚至大幅上升(补充信息3),表现为一系列衍生品的山峰(ds /德)的应力-应变曲线(图2 d)。

类似自我组织行为观察在单晶石墨基底平面剪切和蒙脱石的材料由组装粘土血小板和聚合电解质组成。

然而,如果样本加载到塑料组织(图2 b)失败了,然后重新加载段的刚度在低应变前的原样品是类似于其失败。

这些结果表明,材料刚度的损失不是一个局部作用,而是均匀软化的纸以这种方式加载后，在特殊情况下,应力-应变响应连续有几个步骤各有一个大伸长的变化(图2 e),它表明滑锁机制,个体的名牌构成宏观样本幻灯片,然后“点击”当逐渐紧张。

鉴于水分子之间存在氧化石墨烯表(见上)，人们所预料的氧化石墨烯纸的力学性能强烈依赖于其含水量。

事实上,随着氧化石墨烯纸含水量的减少与增加温度(热重分析曲线,补充信息6),模量增加(从17到25 GPa相同的示例图2所示f-h)。

正如所料,水的损失也伴随着缓慢收缩的氧化石墨烯纸(图2)。

同时,永久变形的大小减少为每个加载周期分别进行在40,90和120度,(图2 g h)。

这与水相关的行为是纤维素纤维纸进行相似:湿表具有较低的强度和刚度比干。

除了拉力测试,我们几个不同厚度氧化石墨烯纸样品t进行弯曲试验(见补充信息5)。

氧化图3 |比较拉伸力s和模数E作为一套薄的纸一样的材料。

给出的数据来自参考。

22巴基纸和参考。

2蛭石由类似的过滤策略。

柔性石墨箔轧制制备的膨胀石墨6。

注意,高和低价值的两种颜色显示。

4参见补充信息。

石墨烯纸是弯曲的地带,这样一个简单的曲线(图4 b)成立,然后两个平行板间压缩到一个扭结(或多个)成立(图4 b,c)。

我们测量曲率半径R为这样一条而已之前的结构稳定性(即扭结的形成)。

根据纯粹的统一解决方案组成的弯曲的酒吧一个各向同性的均质材料28日的积极(或消极的)正常张力ex在外(或内)杆表面前绝对值ex 约等于0:5t ／R。

线性拟合实验分(红线图4)给出了平均法向应变价值ex约等于 1.160.1%。

极限抗拉应变的氧化石墨烯纸仅为0.6%(见上图),它可以维持比在单轴拉伸变形时弯曲。

图4 |的弯曲实验结果不同厚度t氧化石墨烯纸样品。

的曲率半径,带纸失去机械稳定性在弯曲(扣),红线在哪里一个线性的实验。

误差线(6班)。

在每个数据点显示。

b两低倍显微地带从膜的扫描电镜图像5(5.2 毫米厚)两个平行板间压缩。

上面的图像拍摄前,和下一个接一个,样品扣。

c、SEM图像的1毫米厚弯曲的石墨烯氧化物纸带有,20毫米曲率半径和显示两个主要的皱纹(虚线白线)作为失稳的结果。

d,高分辨率的扫描电镜图像的11毫米厚扣带。

单轴平面负载到断裂e,原理图图纸和弯曲度到屈曲测试。

额外的示意图是代表了层间的水分子(蓝色)持有邻近石墨烯氧化物表在一起。

这些交互是打破在弯曲时堆栈或紧张,导致骨折没有撤出。

在张力和弯曲变形的力学示意图,图4所示。

单轴拉伸导致平等(在示例)应力分布,这是转移主要通过层间的胶粘剂的剪切变形(氢结合水分子),而材料弯曲介绍非常本地化的报纸强调表面。

压力的外表面之间传输层的剪切和拉拔力水胶和结果分层的层,特别是多层结构中的缺陷(图4 e和d)。

内表面,这种压力是压缩,导致当地的剪切和弯曲的层(图4 c和d)。

比的情况下至关重要的单轴拉伸应力断裂传播几乎直接穿过样品没有明显的拉拔力(图1 e),弯曲荷载下发生分层主要是沿着微缺陷(一些相邻层之间的空隙)f(图1)。

实验结果因此表明,氧化石墨烯纸是一种柔软的宏观材料组成的硬(平面),但兼容的(平面外)石墨烯氧化物层,相对紧紧相连。

总之,我们定向流动的组装方法产生了一个新颖的氧化石墨烯纸一样的材料具有独特的层状结构,其中个人兼容的石墨烯氧化物床单联锁/瓦在一起,近平行线时尚。

大这些表之间相互作用的表面,他们在原子尺度的起皱,和他们的褶皱形态在纳米微米规模允许高效的负载分布在整个宏观样本,从而使这种材料比传统的碳——和面膜泥论文更有弹性。

便宜的起始物料,如氧化石墨应该促进大面积的制造纸一样的表与控制用于膜渗透性,各向异性离子导体,超级电容器,和材料分子存储,以及许多其他的用途。

氧化石墨烯纸也可以注入或者作为载体物质生产混合材料含有聚合物、陶瓷和金属。

此外,许多化学功能分层的石墨烯氧化物表面的表应该容易让自己进一步化学功能化。