陳根：氧化石墨烯纖維，如何實現精確可逆？_風聞

文/陳根

在《西遊記》中，孫悟空可以七十二變，變完之後還能絲毫不差得變回去，完美實現了人物的精準可逆。遺憾的是，現實生活中的人類並不具備這種可逆性，但最近科學家發現，材料可以做到。

近日，科學家利用氧化石墨烯纖維的二維基元結構，及其大體積收縮的動態特性，實現了宏觀材料的精確可逆。所謂精確可逆，就是要求物體的數量、尺寸、組分、結構和性能等在一次融合、分裂循環之後恢復到原始狀態。

碳是自然界最穩定的元素之一，石墨是碳最穩定的單質。科學家發現在釐米級的宏觀尺度下，氧化石墨烯纖維不僅能進行變形組裝，還能在分解組裝後實現復原。這説明，適應性形變，是氧化石墨烯片獨有的一種能力，即在宏觀尺度上實現精確可逆的分裂。

研究中，科學家們用 13500 根氧化石墨烯纖維，融合成一根細長的黑柱子，柱子的直徑為 1.2 毫米，能承受 680 倍於自身重量的重力。為了驗證氧化石墨烯柱子的精確可逆性，他們將黑柱子放在水溶劑中，通過解離再分裂等步驟，把原先的黑柱子還原成 13500 條纖維。

這個過程中，氧化石墨烯的體積膨脹率達到了近 40 倍，提供了充分的表面形變的空間。為了驗證形變後的氧化石墨烯纖維是否具備起初的功能，科學家們又把纖維重新編織成柔性網，結果發現柔性網依然具備相應的強度，甚至在網上放置一輛玩具車也不會破。

由於氧化石墨烯纖維的殼層結構像皮膚組織一樣緊密，因此其可維持單根組裝纖維的完整性，融合與分裂的可逆性也能得到保證。經過融合、分裂的循環之後，氧化石墨烯纖維的尺寸、組成、數量、結構和性能，也可恢復到循環前的原始狀態。

相比此前的研究，氧化石墨烯基纖維材料尺寸大，可控性強，這對於材料的回收和重複利用、以及研究在可逆組裝過程中固體界面的獨特現象，有着一定啓發意義，對未來精確可逆的組裝也會產生積極影響。

此外，氧化石墨烯基纖維的精確可逆能力，還可複製到其他材料上，比如在尼龍、金屬、不鏽鋼絲、玻璃纖維等表面塗上一層氧化石墨烯，這些材料也可產生“組裝—精確還原”的功能。

未來，有望通過進一步的機理研究，獲得更多對於二維大分子組裝結構的深入理解，以此來拓寬這種材料在多領域的實際應用。