江南大学Weifu Dong课题组-Fe3O4纳米颗粒修饰氧化石墨烯纳米片实现人工珍珠层的磁性组装

天然珍珠层通常被称为大自然的盔甲，具有典型的“砖-泥”微/纳米级多层微结构，具有显著的抗拉强度和韧性。珍珠层的高度有序多层结构为构建先进的纳米复合材料提供了机会。虽然在实验室规模上模拟人工珍珠材料已经取得了显著的成功，但由于耗时的连续沉积过程，仍难以大规模应用。该研究中，报道了一种快速、大规模的磁组装工艺，用于制备氧化石墨烯(GO)基复合膜，模拟珍珠层的结构。具体来讲，先通过在GO纳米片表面装饰Fe₃O₄纳米粒子，合成磁性GO纳米片，然后用聚乙烯醇(PVA)溶液进行组装，形成仿珍珠的纳米复合材料。MGO−PVA薄膜的抗拉强度和韧性分别达到248.0±6.7 MPa和7.0±0.5 MJ·m⁻³，分别是纯MGO薄膜的5.0倍和4.0倍。更有趣的是，用氢碘酸原位还原后，拉伸强度高达340.0±6.2 MPa。这项工作提供了一种快速制造强集成珍珠层材料的工艺，在工程、航空航天、柔性能源器件和电磁干扰屏蔽材料等方面显出重要的应用前景。

Figure 1. 说明了MGO−PVA复合膜的快速自组装过程。

Figure 2. (a)纯氧化石墨烯、Fe₃O₄和MGO的XRD谱图，(b) FTIR谱图。

Figure 3．(a) GO、Fe₃O₄、MGO、PVA、MGO−PVA复合膜的TGA曲线。(b) MGO−PVA (18.8 wt %)复合膜的磁化曲线。(c) MGO−PVA混合物的快速磁性组装(通过磁性组装工艺制备的折叠MGO−PVA的光学图像，证实了复合膜的韧性)。

Figure 4．(a)纯MGO、(b) MGO−PVA (4.8 wt %)和(c) MGO−PVA (18.8 wt %)复合薄膜的SEM横截面图。

Figure 5. (a)不同薄膜的拉伸应力-应变曲线比较。插图证实了MGO−PVA(18.8% wt %)复合膜具有较高的拉伸强度，可完全支撑约500 g的重量。(b) MGO−PVA复合薄膜的杨氏模量和韧性。(c)复合薄膜断裂机理示意图。

该研究工作由江南大学Weifu Dong课题组于2021年发表在ACS Applied Nano Materials期刊上。原文：Fe₃O₄ Nanoparticle-Decorated Graphene Oxide Nanosheets for Magnetic Assembly of Artificial Nacre。