溶液蒸发驱动的大孔隙空间、高机械强度石墨烯/碳纳米管复合纳米颗粒的褶皱与组装

摘要整理

褶皱石墨烯颗粒由二维平面石墨烯片层转化组装而成，为石墨烯的低成本、可扩展应用提供了新的材料平台。然而，由于单个变形石墨烯之间连接数量和稳定性有限，现有褶皱颗粒存在几何空间可及性小、机械变形强度低的问题。本研究通过溶液蒸发诱导组装方法，在褶皱石墨烯内部包裹折叠碳纳米管（CNTs），实现了具有大孔隙空间和高机械强度的褶皱石墨烯/碳纳米管复合纳米颗粒。建立了统一的基于能量的理论模型，阐明了液滴中悬浮的碳纳米管和石墨烯的动力学迁移过程，以及通过溶液蒸发实现褶皱和组装的机制。定量提取了液体完全蒸发后组装的石墨烯/碳纳米管复合纳米颗粒的接触概率、表面脊密度和几何尺寸，并将其与可及表面积、可及体积和机械强度等可及空间特性相关联。通过粗粒化分子动力学模拟揭示了石墨烯/碳纳米管复合纳米颗粒随溶液蒸发的结构和形态演变规律，模拟结果与理论预测高度一致。该研究为通过调控石墨烯和碳纳米管合成具有高连接度、机械性能增强、可调孔隙结构的褶皱颗粒提供了理论基础，可应用于功能结构和器件领域。

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