Dramatic Enhancement of Graphene Oxide/Silk Nanocomposite Membranes: Increasing Toughness, Strength, and Young’s modulus via Annealing of Interfacial Structures

材料科学 复合材料 韧性 纳米复合材料 丝绸 成核 石墨烯 退火(玻璃) 氧化物 纳米技术 化学 有机化学 冶金
作者
Yaxian Wang,Ruilong Ma,Kesong Hu,Sunghan Kim,Guangqiang Fang,Zhengzhong Shao,Vladimir V. Tsukruk
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:8 (37): 24962-24973 被引量:98
标识
DOI:10.1021/acsami.6b08610
摘要

We demonstrate that stronger and more robust nacre-like laminated GO (graphene oxide)/SF (silk fibroin) nanocomposite membranes can be obtained by selectively tailoring the interfacial interactions between "bricks"-GO sheets and "mortar"-silk interlayers via controlled water vapor annealing. This facial annealing process relaxes the secondary structure of silk backbones confined between flexible GO sheets. The increased mobility leads to a significant increase in ultimate strength (by up to 41%), Young's modulus (up to 75%) and toughness (up to 45%). We suggest that local silk recrystallization is initiated in the proximity to GO surface by the hydrophobic surface regions serving as nucleation sites for β-sheet domains formation and followed by SF assembly into nanofibrils. Strong hydrophobic-hydrophobic interactions between GO layers with SF nanofibrils result in enhanced shear strength of layered packing. This work presented here not only gives a better understanding of SF and GO interfacial interactions, but also provides insight on how to enhance the mechanical properties for the nacre-mimic nanocomposites by focusing on adjusting the delicate interactions between heterogeneous "brick" and adaptive "mortar" components with water/temperature annealing routines.

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