多孔还原氧化石墨烯骨架用于增强杂环芳纶纤维力学性能

近日，北京大学张锦院士与新加坡南洋理工大学李述周教授和中国科学技术大学张忠教授等人合作，开发了一种新型的多孔还原性氧化石墨烯(HrGO)/PBIA复合纤维，该纤维具有支架结构，其中HrGO发挥钳夹作用，有效地将大量PBIA链穿过平面内的孔。少量的HrGO （质量分数为0.075%）可以使HrGO/PBIA纤维的抗拉强度（5.81GPa）和杨氏模量（134.2GPa）分别提高11.5%和8.3%。通过广角X射线散射和粗粒度分子动力学模拟，研究者发现少量分散良好的HrGO提高了结晶度，并作为拓扑约束，增强了PBIA链的横向相互作用。此外，在复杂的应用场景中，HrGO/PBIA纤维的良好兼容性也通过动态和循环加载测试得到证实。相关研究成果以Holey reducedgraphene oxide scaffolded heterocyclic aramid fibers with enhanced mechanical performance为题发表在Advanced Functional Materials上。

试验表明，HrGO/PBIA复合纤维的综合力学性能优于PBIA纤维和受控rGO/PBIA纤维。HrGO/PBIA纤维中独特的支架结构能有效加强PBIA链的横向相互作用，使其通过孔洞形成拓扑约束结构。为了进一步了解其增强机理，研究者采用粗粒度（CG）模型进行分子动力学模拟，揭示了HrGO与PBIA链的结构演化和相互作用。