石墨烯具有很高的柔性,被广泛应用于柔性器件。然而,氧化石墨烯是否比石墨烯更柔韧?模拟和实验之间仍存在争议。根据密度泛函理论计算,我们发现通过改变官能团的类型和覆盖范围以及弯曲方向,可以对氧化石墨烯的弯曲模量进行调节。羟基增加了石墨烯的弯曲模量,但是环氧化物可以降低扶手椅弯曲方向上的弯曲模量,使得氧化的石墨烯比石墨烯更具柔性。另一方面,氧化石墨烯在弯曲过程中存在曲率极限,O…H氢键开始向O-H共价键转变。总的来说,我们的结果证明了官能团和弯曲方向对氧化石墨烯柔性的影响,这对石墨烯基柔性器件的设计提供了帮助。
Fig. 1 氧化石墨烯纳米管模拟的氧化石墨烯沿(a) AC和(b) ZZ弯曲方向的弯曲行为,(c)不同覆盖率的III型氧化石墨烯的弯曲行为。
Fig. 2 应变能密度W和曲率κ的函数是弯曲GO在(a) AC和(b) ZZ方向上的四重拟合。
Fig. 3 示意图显示在AC和ZZ弯曲方向上 (a) I型 ,(b) II型, (c) III型的组距离;(d-e)两个不同基团距离的50% III型氧化石墨烯。
Fig. 4不同覆盖范围的氧化石墨烯在(a) AC和(b) ZZ弯曲方向上的弯曲模量D。
Fig. 5 (a) O…H氢键和O-H共价键的示意图以及III型氧化石墨烯的键过渡;在(b) AC和(c) ZZ方向弯曲时O-H键长度的变化。
相关研究成果于2019年由大连理工大学Jijun Zhao课题组,发表在Nanoscale (DOI: 10.1039/C9NR07282A)上。原文:Tunable bending modulus and bending limit of oxidized graphene