石墨烯是一種具有優(yōu)異機(jī)械性能和電學(xué)性能的二維材料。可用于是制備柔性電子器件，如超級(jí)電容器、鋰電池等。在重復(fù)使用過程中，仍然具有高而穩(wěn)定的性能。近年來，對(duì)于石墨烯納米復(fù)合材料的研究主要關(guān)注于提高其靜態(tài)力學(xué)性能，包括高抗拉強(qiáng)度、剛度、韌性等。對(duì)柔性電子器件來說，抗疲勞性也是關(guān)鍵參數(shù)之一等。然而，關(guān)于這一性能的研究卻并不多。不同于傳統(tǒng)聚合物材料，石墨烯基納米復(fù)合材料應(yīng)抑制石墨烯片層平行和垂直兩個(gè)方向傷的裂紋擴(kuò)展。實(shí)際上，天然生物材料具有多尺度的復(fù)雜界面結(jié)構(gòu)。如貽貝結(jié)構(gòu)可通過裂紋的偏移和扭轉(zhuǎn)，成功引導(dǎo)非線性形變，抑制裂紋擴(kuò)展以及裂紋橋聯(lián)。此外，螯合結(jié)構(gòu)對(duì)提高機(jī)械性能具有重要的作用。例如，鐵離子（Fe3+）螯合物可使貽貝足絲表皮具有高擴(kuò)展性。除鐵離子（Fe3+），其他過渡金屬離子，如Cu2+、Ni2+、Zn2+、等，也可參與螯合。

    近日，北京航空航天大學(xué)的研究人員受貽貝結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，利用離子鍵和共價(jià)鍵的界面協(xié)同相互作用，制備了性的石墨烯為基礎(chǔ)的納米復(fù)合材料，具有高抗疲勞與超高導(dǎo)電性。該螯合結(jié)構(gòu)是由Ni2+-聚多巴胺（PDA）組成。相關(guān)工作發(fā)表在《Advanced Functional Materials》（AdvancedFunctional Materials （2017） doi: 10.1002/adfm.201605636）期刊上。該仿生結(jié)構(gòu)的石墨烯納米復(fù)合材料，在290MPa應(yīng)力下，經(jīng)歷1.0*10^5循環(huán)拉伸實(shí)驗(yàn)后，仍可達(dá)到144.5 S*cm-1的電導(dǎo)率，其電性能的保持率高達(dá)77%。當(dāng)添加的Ni2+含量為0.88 wt%時(shí)，該仿生石墨烯納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度可達(dá)417.2 MPa，韌性高達(dá)19.5 MJ/m3，分別是天然貽貝的2.1倍和7.5倍。因此該復(fù)合材料有望用于超級(jí)電容器和鋰離子的柔性電極，并可用于可穿戴柔性電子器件領(lǐng)域。此外，該復(fù)合材料中的共價(jià)鍵與離子鍵的協(xié)同相互作用也為構(gòu)建仿生結(jié)構(gòu)的高性能多功能石墨烯納米復(fù)合材料提供思路，具有重要的應(yīng)用潛力。

    圖1. 抗疲勞仿生石墨烯-PDA-Ni2+納米復(fù)合材料的制備過程