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石墨烯往事(六)信念的力量——泡泡拼接氧化石墨烯薄膜(1) 精选

已有 7953 次阅读 2015-3-31 07:55 |个人分类:讲故事|系统分类:科研笔记|关键词:石墨烯,往事,泡泡| 往事, 石墨烯, 泡泡

在我博士毕业论文答辩的时候,有位老师问我最得意的工作是哪一项,当时我的第一反应就是下面要说的“泡泡拼接氧化石墨烯薄膜”工作了。因为在做这个工作的时候,我有一种践行自己信念的骑士精神。

这个想法的来源可能是跟中学时代的一个兴趣实验有关,那时候,我们利用肥皂泡在两根玻璃棒构成的轨道上拉膜并测试拉力与距离的关系。而自从我接触到了石墨烯之后,脑子里常常就会有将石墨烯片拼接成一张完整的薄膜的景象。所以有一天我琢磨着能不能模仿当年的那个实验来拉氧化石墨烯的薄膜,通过拉出膜的厚薄就可以控制氧化石墨烯薄膜的厚薄了。这是一个令人兴奋的想法,我马上就投入到了尝试当中,在添加少量表面活性剂的情况下,果然是可以拉膜的,但是不管怎样在干燥过程中泡泡膜肯定会破。那么问题来了,有不会破的泡泡膜吗?

据我当时的理解,应该说是很有可能的。液膜里面存着这双分子层结构,在干燥过程中疏水端朝外,亲水端向里,但是亲水端往往带有同种电荷所以存着静电排斥,降低了干燥态的稳定性。但是二维的氧化石墨烯片层结构却完全不同,片层间可以通过范德华力相互牵制,抗拒液膜法向和切向的力都要大的多,所以干燥成一个干的氧化石墨烯片泡泡膜完全是有可能的,至少以那种存在状态是合理的。


为了简化问题,我采用简单的金属框架和试管口作为支撑来拉膜,同时也设计了不加表面活性剂的GO溶液作为对照组之一。发现有时候薄膜其实可以部分干燥然后从边缘开始破损了。还尝试着把液态的泡泡膜在低温下直接冻住再冷冻干燥,这样就可以保证膜不会破裂了。可惜干燥后非常酥松,强度也很低,也就很难做非常薄的石墨烯膜了。

这个工作是从2012年初开始尝试的,一开始有好几个星期都没能获得干燥的薄膜。导师觉得想法不错,但是做起来够悬,催我在三维石墨烯复合纳米材料方面多挖掘下,只要结合超级电容或者是催化之类的概念,肯定是可以发文章的。那时候,我傻傻地认为必须要做创新性的工作才能算科学研究,最好是那种只有你能想到的研究。而事实上我也很享受研究过程中的挑战和发现的乐趣,所以泡泡膜的想法对我有巨大的诱惑力。后来导师估计对我也绝望了,所以干脆就让我指导本科生来做三维石墨烯方面的工作。

在此期间不断失败,泡泡破碎前GO的液滴会溅到实验服上,后来白大褂都变成灰色了;有时候为了观察它干燥的过程,必须小心翼翼地拿在手里保持20分钟一动不动,中间经历过太多眼看要成功,最后却破碎的打击;于是就想想爱迪生试灯泡丝的次数好像比我要多,这样心理会平衡些,然后继续尝试。工作取得进展大概是在2个月后,当我改变了不同添加剂后,终于发现了让薄膜稳定干燥的秘密。

 

简单说,水溶液的表面张力对于形成泡泡影响较大,但是要保证干燥过程中泡泡膜不会破,就需要溶液中的骨架分子之间能够有比较强的结合力。之前的多次失败,有一部分是因为溶液中表面张力太大,所以液膜本身不稳定而破碎了;也有加入阴离子表面活性剂在干燥后期发生破碎的,因为氧化石墨烯带负电荷;而添加胺类物质可以明显增加氧化石墨烯片层间的相互作用力,保证泡泡稳定干燥成膜。事实上,只要起骨架作用的也可以是其他高分子,当时我尝试过用聚乙烯醇等溶液,确实也可以形成类似的高分子透明薄膜材料。因此,该方法具有一定的通用性。


这项工作当时被寄予厚望希望能被《Nature communication》看上眼,可惜人家不理我们。后来匆忙转投给《德国应化》,结果编辑说工作很漂亮,本来是可以接收的;但是我们只收communication,不收full paper。我们当然从善如流,马上改成communication,但是人家严谨地拒绝了。最后这篇文章以communication的形式偷偷地投给了AM,生怕人家发现曾经被写成过full paper。可见,各位有好工作的时候,也一定要细心阅读投稿要求啊。


泡泡上的彩虹(插图)


想起来了,之前这个工作我曾经写过一个新闻稿,放在科学网博客上,在此留个链接,可做参考:http://blog.sciencenet.cn/blog-66736-672541.html 


 (未完待续……)




http://blog.sciencenet.cn/blog-66736-878607.html

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