《科学》来了！浙江大学高超课题组带你认识材料界的“孙悟空”

《西游记》里的孙悟空神通广大，一个让人羡慕的本领就是“七十二变”。当然，这是神话故事里才有的奇迹。现实生活中，每一个固体单元都有自己的特定形状和尺寸，多个固体融合在一起组装成一个整体不难，但是结合越紧密往往分离就越难。因此对于普通材料来说，无法通过分离再另外组装成别的形式的整体。

经过4年的研究，浙江大学高分子科学与工程学系高超教授课题组发现，氧化石墨烯片具有适应性形变的能力，氧化石墨烯纤维在宏观尺度上能够在融合之后实现精确可逆的分裂，好比是自带了一个“返回键”。成果将对未来精确可逆的组装产生积极影响。这项成果将对未来精确可逆的组装产生积极影响。北京时间5月7日，这项成果被国际顶级期刊《科学》刊登。

早前，科学家从细胞的融合与分裂中获得灵感，仿生设计了功能性的组装体，希望可以应用在药物的递送与释放等领域，但是在融合与分裂的“可逆”这一环节遇到了阻碍。

高超课题组却发现，氧化石墨烯纤维挑战了人们的一般认知，能够在厘米级的宏观尺度下，变形组装并且解组装复原。他们将13500根氧化石墨烯纤维做成的一根刚性柱子，变成一张节点融合的柔性网，把实验过程颠倒过来后，网又重新变回了柱子。这个过程当中，组成柱子和网的氧化石墨烯纤维并没有发生变化。

图|融合柱与节点融合网之间可逆转变的宏观照片

为什么氧化石墨烯能做到精确可逆？

这与材料本身的特性有关。高超课题组一直致力于石墨烯宏观组装的研究。早在2016年，课题组就发现，二维的氧化石墨烯片具有适应性形变的特点，可以完成融合。之前他们就利用氧化石墨烯纤维的溶胀融合成了无纺布。

那么，氧化石墨烯纤维融合后还能再分裂吗？

课题组继续研究。他们发现，氧化石墨烯自身带有特殊的性质，即二维拓扑、丰富的含氧官能团、超柔性、自粘接，多根氧化石墨烯纤维融合后的粗纤维密度大、孔隙率少、界面结合适中。

实验中，课题组先把13500根氧化石墨烯纤维融合成一根直径1.2毫米的细长黑柱子，这些黑柱子可以承受680倍自身重量的力，然后把黑柱子放到水溶剂中解离再分裂，这时粗柱子就变成13500条纤维。在溶剂中纤维变软了，就可以拿出来编织成节点融合的网，而且这张网仍然保持了一定的强度，上面放辆玩具车完全没有问题。也就是说这些纤维再融合之后依然能作为功能材料来使用。

在复原环节，课题组把这张网再放回水溶剂，网重新分解成13500条纤维，捞出来之后它们会自动融合在一起，最终又变回了之前的柱子形状。

图|典型的氧化石墨烯纤维融合与分裂过程的扫描电镜照片

课题组在研究中发现，如果在尼龙、蚕丝、不锈钢丝、玻璃纤维等有机高分子、天然高分子、金属、无机非金属纤维的表面涂上一层氧化石墨烯，原有的这些普通材料也能够具有“组装-精确还原”的功能。

相比于已有的研究，课题组此次完成的氧化石墨烯基纤维精确可逆的融合-分裂过程是可控的，而且材料尺寸大，对于固体在可逆组装过程中界面的独特现象、材料的有效回收和重复利用等方面具有启发意义。