石墨烯(Graphene)，即單層石墨片，是繼富勒烯、碳納米管之后納米碳家族的一個(gè)新成員。由于其豐富而獨(dú)特的性質(zhì)，石墨烯在場(chǎng)效應(yīng)晶體管、透明電極、納米結(jié)構(gòu)及功能復(fù)合材料、超級(jí)電容器等領(lǐng)域有著廣闊應(yīng)用前景。在眾多制備石墨烯的方法中，從氧化石墨烯前驅(qū)體出發(fā)是制備石墨烯宏觀材料的一種最有效的方法。而在此過(guò)程中，如何實(shí)現(xiàn)石墨烯在材料中的有序排列成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。如果石墨烯或者石墨烯衍生物在溶液環(huán)境中能形成液晶，這將為制備石墨烯有序材料提供一種簡(jiǎn)單有效的液態(tài)組裝方法。

 

在上海光源SAXS線站工作人員的緊密配合下，浙江大學(xué)高超教授研究組近期又發(fā)現(xiàn)了氧化石墨烯的手性液晶相行為，這也是觀測(cè)到的首例二維膠體手性液晶。利用SAXS技術(shù)，該課題組在氧化石墨烯手型液晶中觀測(cè)到了令人信服的的層狀結(jié)構(gòu)特征，這也為提出二維膠體扭曲層狀邊界手性液晶結(jié)構(gòu)模型奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 在氧化石墨烯基礎(chǔ)上，他們還首次制備了高強(qiáng)度高導(dǎo)電性的柔性石墨烯纖維，大大開拓了石墨烯液晶的實(shí)際應(yīng)用。此工作發(fā)表在Nature Communications上(Graphene Chiral Liquid Crystals and Macroscopic Assembled Fibres. Nature Communications,2011, 2, 571. )。

 

他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著濃度的增加,氧化石墨烯溶液會(huì)出現(xiàn)無(wú)序相——向列相——手性相的轉(zhuǎn)變。從液晶理論出發(fā)，同時(shí)具有層狀結(jié)構(gòu)和連續(xù)的螺旋結(jié)構(gòu),體系應(yīng)該是層狀邊界出現(xiàn)連續(xù)的螺旋位錯(cuò)而形成的受挫結(jié)構(gòu)。濃度梯度的SAXS實(shí)驗(yàn)證明了氧化石墨烯手性液晶中存在的層狀結(jié)構(gòu)，并且隨著濃度的增加，層間距呈現(xiàn)遞減的規(guī)律。另外，通過(guò)調(diào)節(jié)液晶分散液中的離子濃度的SAXS實(shí)驗(yàn)可以確定形成手性液晶的驅(qū)動(dòng)力在于氧化石墨烯片之間的靜電排斥作用。這些結(jié)果都有力地證實(shí)了他們提出的二維膠體手性液晶的扭曲層狀邊界模型。最后，他們還首次利用氧化石墨烯液晶紡制了連續(xù)的高強(qiáng)度高導(dǎo)電性的柔性石墨烯纖維，發(fā)展了一種從溶液法制備多功能性碳基纖維的新方法。