Ultrastrong Graphene Films via Long-Chain π-Bridging

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作者
Sijie Wan,Ying Chen,Yanlei Wang,Guangwen Li,Guorui Wang,Luqi Liu,Jianqi Zhang,Yuzhou Liu,Zhiping Xu,Antoni P. Tomsia,Lei Jiang,Qunfeng Cheng
出处
期刊:Matter [Elsevier BV]
卷期号:1 (2): 389-401 被引量:136
标识
DOI:10.1016/j.matt.2019.04.006
摘要

Converting natural graphite to high-performance graphene films is very attractive due to graphite's abundance. However, this conversion is challenging to do inexpensively and under ambient conditions. One of the major challenges is how to design the interface between adjacent graphene nanosheets to integrate high strength, high toughness, and high conductivity into graphene films. Here, we demonstrate that a long-chain π-π bonding agent can bridge reduced graphene oxide nanosheets into ultrastrong, supertough, and highly conductive graphene films. The strain dependence of Raman frequency shift and molecular dynamics simulations together reveal the strengthening and toughening mechanisms. Additionally, the long-chain π-bridging induces substantial improvement in the graphene nanosheet alignment. The tensile strength and toughness are 1,054 MPa and 36 MJ/m3, surpassing those of reported graphene films. Meanwhile, the electrical conductivity reaches 1,192 S/cm, comparable with high-temperature annealed graphene films. The bioinspired strategy opens an avenue for the assembly of nanoscale building blocks into high-performance films.
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