石墨烯是一種具有優(yōu)異機械性能和電學性能的二維材料。可用于是制備柔性電子器件，如超級電容器、鋰電池等。在重復使用過程中，仍然具有高而穩(wěn)定的性能。近年來，對于石墨烯納米復合材料的研究主要關(guān)注于提高其靜態(tài)力學性能，包括高抗拉強度、剛度、韌性等。對柔性電子器件來說，抗疲勞性也是關(guān)鍵參數(shù)之一等。然而，關(guān)于這一性能的研究卻并不多。不同于傳統(tǒng)聚合物材料，石墨烯基納米復合材料應抑制石墨烯片層平行和垂直兩個方向傷的裂紋擴展。實際上，天然生物材料具有多尺度的復雜界面結(jié)構(gòu)。如貽貝結(jié)構(gòu)可通過裂紋的偏移和扭轉(zhuǎn)，成功引導非線性形變，抑制裂紋擴展以及裂紋橋聯(lián)。此外，螯合結(jié)構(gòu)對提高機械性能具有重要的作用。例如，鐵離子（Fe3+）螯合物可使貽貝足絲表皮具有高擴展性。除鐵離子（Fe3+），其他過渡金屬離子，如Cu2+、Ni2+、Zn2+、等，也可參與螯合。

    近日，北京航空航天大學的研究人員受貽貝結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，利用離子鍵和共價鍵的界面協(xié)同相互作用，制備了性的石墨烯為基礎(chǔ)的納米復合材料，具有高抗疲勞與超高導電性。該螯合結(jié)構(gòu)是由Ni2+-聚多巴胺（PDA）組成。相關(guān)工作發(fā)表在《Advanced Functional Materials》（AdvancedFunctional Materials （2017） doi: 10.1002/adfm.201605636）期刊上。該仿生結(jié)構(gòu)的石墨烯納米復合材料，在290MPa應力下，經(jīng)歷1.0*10^5循環(huán)拉伸實驗后，仍可達到144.5 S*cm-1的電導率，其電性能的保持率高達77%。當添加的Ni2+含量為0.88 wt%時，該仿生石墨烯納米復合材料的拉伸強度可達417.2 MPa，韌性高達19.5 MJ/m3，分別是天然貽貝的2.1倍和7.5倍。因此該復合材料有望用于超級電容器和鋰離子的柔性電極，并可用于可穿戴柔性電子器件領(lǐng)域。此外，該復合材料中的共價鍵與離子鍵的協(xié)同相互作用也為構(gòu)建仿生結(jié)構(gòu)的高性能多功能石墨烯納米復合材料提供思路，具有重要的應用潛力。

    圖1. 抗疲勞仿生石墨烯-PDA-Ni2+納米復合材料的制備過程