Forskare har demonstrerat den musselinspirerade förstärkningen av grafenfibrer för förbättring av materialegenskaper. En forskargrupp under professor Sang Ouk Kim applicerade polydopamin som ett effektivt infiltratbindemedel för att uppnå höga mekaniska och elektriska egenskaper för grafenbaserade flytande kristallina fibrer.

Denna bioinspirerade defekteknik kan tydligt särskiljas från tidigare försök med isolerande bindemedel och har möjliga tillämpningar inom flexibel elektronik, multifunktionella textilier, och bärbara sensorer. Två-stegs defektteknik behandlar den inneboende begränsningen av grafenfibrer som härrör från vikning och skrynkning av grafenlager under fiberspinningsprocessen.

År 2009, forskargruppen upptäckte flytande kristaller av grafenoxid i vattenhaltiga medier samtidigt som de introducerade en effektiv reningsprocess för att avlägsna joniska föroreningar. Grafenfibrer, typiskt våtspunnet från vattenhaltig grafenoxid flytande kristalldispersion, förväntas visa överlägsen termisk och elektrisk ledningsförmåga samt enastående mekanisk prestanda.

Ändå, på grund av den inneboende bildandet av defekter och tomrum orsakade av böjning och skrynkning av grafenoxidskiktet i grafenfibrer, deras mekaniska hållfasthet och elektriska/värmeledningsförmåga ligger fortfarande långt under de önskade idealvärdena. Följaktligen, att hitta en effektiv metod för att konstruera de tätt packade grafenfibrerna med stark interagerad interaktion är en viktig utmaning.

Professor Kims team fokuserade på vidhäftningsegenskaperna hos dopamin, en polymer utvecklad med inspiration från den naturliga musslan, för att lösa problemet. Denna funktionella polymer, som studeras inom olika områden, kan öka vidhäftningen mellan grafenlagren och förhindra strukturella defekter.

Professor Kims forskargrupp lyckades tillverka höghållfasta grafen flytande kristallina fibrer med kontrollerade strukturella defekter. De tillverkade också fibrer med förbättrad elektrisk konduktivitet genom efterkarboniseringsprocessen av polydopamin.

Baserat på teorin om att dopamin med efterföljande högtemperaturglödgning har en liknande struktur som grafen, laget optimerade dopaminpolymerisationsförhållanden och löste de inneboende defektkontrollproblemen hos befintliga grafenfibrer. De bekräftade också att dopamins fysikaliska egenskaper förbättras när det gäller elektrisk konduktivitet på grund av kvävepåverkan i dopaminmolekyler, utan att skada konduktiviteten, vilket är den grundläggande gränsen för konventionella polymerer.

Professor Kim, som ledde forskningen, sa, "Trots sin tekniska potential, kolfiber som använder grafen flytande kristaller har fortfarande gränser när det gäller dess strukturella begränsningar. "Denna teknik kommer att tillämpas på tillverkning av kompositfiber och olika bärbara textilbaserade applikationsanordningar."