哈工大在石墨烯基宏观体构建与制备方面取得新成果

近日，哈工大土木学院青年教师钟晶课题组与来自国内外科研院所、高校的科研人员合作，在石墨烯基宏观体构建与制备方面取得一系列新成果。研究成果分别发表于国际权威期刊《美国化学学会·纳米》（影响因子13.71）和《自然·通讯》（影响因子12.35）上。我校为共同第一单位与通信单位。

石墨烯是典型的二维纳米材料，具有极为优越的力学、电学、热学、化学稳定性与物理隔绝性能。另一方面，石墨烯作为作为典型的二维材料，具有极强的各向异性。为了发挥其优异的物化性能，石墨烯的高效定向与致密组装是高强石墨烯薄膜、高能量密度储能材料、以及优异石墨烯基防腐涂层等石墨烯基宏观体构建与制备的关键。作为新型交叉领域，纳米材料的组装旨在研究纳米尺度下组装单元的基本物化特性以及分子间作用力对宏观结构及其性能的影响规律，进而认识在多尺度下空间固体结构的形成过程与流-固相互作用机制，为材料科学、胶体科学以及连续介质力学的学科交叉与融合提供新颖的研究平台。

针对限制石墨烯高分子防腐涂料性能提升的瓶颈问题，即石墨烯难以分散与空间分布难以控制等问题，钟晶课题组与华盛顿州立大学石鲜明教授课题组合作，首次提出了基于贝壳仿生结构的防腐策略,通过旋转法层层组装方法，制备了氧化石墨烯/环氧树脂复合涂层。由于石墨烯在该复合涂层内形成了平行致密堆叠结构，不仅完全避免了石墨烯的分散问题，而且可以完美阻隔氯离子等腐蚀介质的渗透，从而实现了只用常用环氧树脂涂层的50%厚度（17微米）就可以使腐蚀速度降低20倍。

针对石墨烯难以大规模有效定向与致密组装问题，钟晶课题组与中科院金属研究所先进碳材料部合作，利用流体力学的基本原理，首次提出利用离心浇铸法在旋转过程中产生的离心力与剪切应力实现二维材料的高效大规模的高度定向及致密组装，实现了对石墨烯薄膜以及石墨烯复合材料的高效制备，并展现出极为优越的性能（石墨烯薄膜的强度达到600 MPa）。该方法具有很强的通用性，可推广至氮化硼薄膜、二硫化钼薄膜以及异质结的高效制备。

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