Onderzoekers hebben de op mosselen geïnspireerde versterking van grafeenvezels aangetoond voor de verbetering van materiaaleigenschappen. Een onderzoeksgroep onder leiding van professor Sang Ouk Kim paste polydopamine toe als een effectief infiltraatbindmiddel om hoge mechanische en elektrische eigenschappen te bereiken voor op grafeen gebaseerde vloeibaar-kristallijne vezels.

Deze bio-geïnspireerde defect-engineering is duidelijk te onderscheiden van eerdere pogingen met isolerende bindmiddelen en heeft mogelijke toepassingen in flexibele elektronica, multifunctioneel textiel, en draagbare sensoren. De tweestaps-defectengineering richt zich op de intrinsieke beperking van grafeenvezels die voortkomen uit het vouwen en kreuken van grafeenlagen tijdens het vezelspinproces.

In 2009, de onderzoeksgroep ontdekte vloeibare kristallen van grafeenoxide in waterige media terwijl ze een effectief zuiveringsproces introduceerden om ionische onzuiverheden te verwijderen. Grafeen vezels, typisch natgesponnen uit waterige grafeenoxide vloeibare kristaldispersie, wordt verwacht dat ze superieure thermische en elektrische geleidbaarheid vertonen, evenals uitstekende mechanische prestaties.

Niettemin, vanwege de inherente vorming van defecten en holtes veroorzaakt door het buigen en rimpelen van de grafeenoxidelaag in grafeenvezels, hun mechanische sterkte en elektrische/thermische geleidbaarheid liggen nog steeds ver onder de gewenste ideale waarden. Overeenkomstig, het vinden van een efficiënte methode voor het construeren van de dicht opeengepakte grafeenvezels met sterke interlaaginteractie is een grote uitdaging.

Het team van professor Kim concentreerde zich op de adhesie-eigenschappen van dopamine, een polymeer ontwikkeld met de inspiratie van de natuurlijke mossel, het probleem oplossen. Dit functionele polymeer, die op verschillende gebieden wordt bestudeerd, kan de hechting tussen de grafeenlagen vergroten en structurele defecten voorkomen.

De onderzoeksgroep van professor Kim is erin geslaagd om zeer sterke vloeibare kristallijne grafeenvezels te fabriceren met gecontroleerde structurele defecten. Ze fabriceerden ook vezels met verbeterde elektrische geleidbaarheid door het post-carbonisatieproces van polydopamine.

Gebaseerd op de theorie dat dopamine met daaropvolgende annealing bij hoge temperatuur een vergelijkbare structuur heeft als die van grafeen, het team optimaliseerde de omstandigheden voor de polymerisatie van dopamine en loste de inherente defectcontroleproblemen van bestaande grafeenvezels op. Ze bevestigden ook dat de fysieke eigenschappen van dopamine zijn verbeterd in termen van elektrische geleidbaarheid door de invloed van stikstof in dopaminemoleculen, zonder de geleidbaarheid te beschadigen, dat is de fundamentele limiet van conventionele polymeren.

Professor Kim, die het onderzoek leidde, zei, "Ondanks het technologische potentieel, koolstofvezel met behulp van vloeibare grafeenkristallen heeft nog steeds beperkingen in termen van structurele beperkingen. "Deze technologie zal worden toegepast op de fabricage van composietvezels en verschillende draagbare, op textiel gebaseerde applicatie-apparaten."