石墨烯是典型的由sp2雜化碳原子構成的二維納米材料，具有極為優(yōu)越的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)穩定性與物理隔絕性能。另一方面，石墨烯作為作為典型的二維材料，具有極強的各向異性。為了發(fā)揮其優(yōu)異的物化性能，石墨烯的高效定向與致密組裝是高強石墨烯薄膜、高能量密度儲能材料、以及優(yōu)異石墨烯基防腐涂層等石墨烯基宏觀(guān)體構建與制備的關(guān)鍵。作為新型交叉領(lǐng)域，納米材料的組裝旨在研究納米尺度下組裝單元的基本物化特性以及分子間作用力對宏觀(guān)結構及其性能的影響規律，進(jìn)而認識在多尺度下空間固體結構的形成過(guò)程與流-固相互作用機制。因此，可以為材料科學(xué)、膠體科學(xué)以及連續介質(zhì)力學(xué)的學(xué)科交叉與融合提供獨特的研究平臺。
針對上述問(wèn)題，我校土木學(xué)院青年教師鐘晶課題組展開(kāi)了系統研究，取得了一系列創(chuàng )新性的研究成果。
首先，針對于限制石墨烯高分子防腐涂料性能提升的瓶頸問(wèn)題，即石墨烯難以分散與空間分布難以控制等問(wèn)題，鐘晶課題組與華盛頓州立大學(xué)石鮮明教授課題組合作，首次提出了基于貝殼仿生結構的防腐策略。通過(guò)旋轉法層層組裝方法，制備了氧化石墨烯/環(huán)氧樹(shù)脂復合涂層。由于石墨烯在該復合涂層內形成了平行致密堆疊結構，不僅完全避免了石墨烯的分散問(wèn)題，而且可以完美阻隔氯離子等腐蝕介質(zhì)的滲透，從而實(shí)現了只用常用涂層的25%厚度，就可以極大涂層的防腐效果。該研究成果發(fā)表在國際著(zhù)名期刊《ACS Nano》上，哈工大為共同第一單位與通信單位。
其次，針對石墨烯難以大規模有效定向與致密組裝問(wèn)題，鐘晶課題組與中科院金屬研究所先進(jìn)碳材料部合作，利用流體力學(xué)的基本原理，首次提出利用離心澆鑄法在旋轉過(guò)程中產(chǎn)生的離心力與剪切應力實(shí)現二維材料的高效大規模的高度定向及致密組裝，實(shí)現了對石墨烯薄膜、石墨烯復合材料、氮化硼薄膜、二硫化鉬薄膜以及異質(zhì)結的高效制備，并展現出極為優(yōu)越的性能。該研究成果發(fā)表在國際著(zhù)名期刊《Nature Communications》上。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b05183
https://www.nature.com/articles/s41467-018-05723-2
