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Enregistrement W3025529278 · doi:10.1149/ma2020-018739mtgabs

Fabrication and Plastic Deformation of Graphene Oxide Paper

2020· article· en· W3025529278 sur OpenAlexaff
Siyu Liu, Kaiwen Hu, Marta Cerruti, François Barthelat

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2020
Typearticle
Langueen
DomaineMaterials Science
ThématiqueElectrospun Nanofibers in Biomedical Applications
Établissements canadiensMcGill University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésMaterials scienceNanosheetComposite materialGrapheneOxideUltimate tensile strengthFlexural modulusHydrogen bondvan der Waals forceNanotechnologyMetallurgyOrganic chemistryChemistryMolecule

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Graphene oxide (GO) derives from graphite through oxidation, with subsequent dispersion and exfoliation in suitable solvents [1]. GO contains various oxygen-containing functional groups, mainly including hydroxyl, carboxyl, carbonyl and epoxy groups [2]. These oxygen-containing groups make GO highly hydrophilic and can form stable aqueous colloids to assemble paper-like materials by simple and inexpensive solution processes [3]. A monolayer GO nanosheet has high Young’s modulus (207.6 GPa [4]) and ultimate strength (63 GPa [5]). However when individual GO nanosheets are assembled into mesoscopic sheets or “paper”, these mechanical properties decrease significantly because GO sheets are only weakly connected by hydrogen bonds and van der Waals interactions [6]. GO paper also has low plasticity due to the limited movement of dislocation dipoles in a hexagonal lattice [7-8], so it is very brittle and cannot form complex 3D structures. The fabrication of GO paper thus needs to be optimized to achieve better mechanical properties and wider applications. In this study we fabricated ultra-stiff and strong GO paper with controlled thicknesses by directed-flow vacuum filtration. Young’s modulus and ultimate strength were improved by three methods: (i) borax cross-linking, to form a combined hydrogen and covalent bonding system; (ii) thermal annealing, to evaporate inter-sheet water to make GO paper more compact; (iii) sonication, to disperse GO nanosheet more uniformly before filtration. Mechanical tests were performed by both flexion (three-point bending) and uniaxial tension. We found that the flexural modulus of GO paper is significantly lower than the tensile modulus because of interlayer shearing, micro-buckling and delamination during flexural deformation. The stiffest material we made has a tensile modulus of 109.9 GPa and a flexural modulus of 45.7 GPa, which is among the strongest and stiffest GO papers in the open literature (Fig.1) [9]. Another challenge is to make GO paper plastically deformable, a requirement to form 3D structures from flat paper-like materials. Here we developed a low-cost and eco-friendly method to “plasticize” GO paper by the addition of a slurry of cellulose fibers. After mixing 25 wt.% cellulose slurry with GO suspension, the filtrated composite paper can retain 85% of Young’s modulus but shows around three times larger fracture strain than pure GO paper. Using the GO paper reinforced by office paper slurry, we successfully formed semi-spheres with smooth and compact surfaces using an embossing method. The stiffness of the deformed structure was further improved by immersion cross-linking in borax solution. The stiff and lightweight semi-spheres can be used as mechanical structures such as acoustic diaphragms and protective layers. After reduction either by chemical or thermal method, the application can be further expanded to supercapacitors, actuators and electrode materials. References [1] Dreyer D.R.; Park S.; Bielawski C.W.; Ruoff R.S. The chemistry of graphene oxide. Chemical Society Reviews 2010, 39, 228-240. [2] Eda, G.; Chhowalla, M. Chemically derived graphene oxide: towards large-area thin-film electronics and optoelectronics. Advanced Materials 2010, 22, 2392-2415. [3] Pei S.; Cheng H.M. The reduction of graphene oxide. Carbon 2012, 50, (9), 3210-3228. [4] Suk J.W.; Piner R.D.; An J.; Ruoff R.S. Mechanical properties of monolayer graphene oxide. ACS Nano 2010, 4, (11), 6557-6564. [5] Paci J.T.; Belytschko T.; Schatz G.C. Computational studies of the structure, behavior upon heating, and mechanical properties of graphite oxide. The Journal of Physical Chemistry C 2007, 111, (49), 18099-18111. [6] Medhekar N.V.; Ramasubramaniam A.; Ruoff R.S.; Shenoy V.B. Hydrogen bond networks in graphene oxide composite paper: structure and mechanical properties. ACS Nano 2010, 4, (4), 2300-2306. [7] Chen S.; Chrzan D.C. Continuum theory of dislocations and buckling in graphene. Physical Review B 2011, 84, 214103(1-5). [8] Warner J.H.; Margine E.R.; Mukai M.; Robertson A.W.; Giustino F.; Kirkland A.I. Dislocation-driven deformations in graphene. Science 2012, 337, 209-212. [9] Liu S.; Hu K.; Cerruti M.; Barthelat F. Ultra-stiff graphene oxide paper prepared by directed-flow vacuum filtration. Carbon. In press. DOI: 10.1016/j.carbon.2019.11.007. Figure 1

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,001
Score d'incertitude au seuil0,003

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,011
Tête enseignante GPT0,228
Écart entre enseignants0,217 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2020
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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