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 文／陳根

在《西游記》中，孫悟空可以七十二變，變完之后還能絲毫不差得變回去，完美實(shí)現(xiàn)了人物的精準(zhǔn)可逆。遺憾的是，現(xiàn)實(shí)生活中的人類并不具備這種可逆性，但最近科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，材料可以做到。

近日，科學(xué)家利用氧化石墨烯纖維的二維基元結(jié)構(gòu)，及其大體積收縮的動態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)了宏觀材料的精確可逆。所謂精確可逆，就是要求物體的數(shù)量、尺寸、組分、結(jié)構(gòu)和性能等在一次融合、分裂循環(huán)之后恢復(fù)到原始狀態(tài)。

碳是自然界最穩(wěn)定的元素之一，石墨是碳最穩(wěn)定的單質(zhì)。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在厘米級的宏觀尺度下，氧化石墨烯纖維不僅能進(jìn)行變形組裝，還能在分解組裝后實(shí)現(xiàn)復(fù)原。這說明，適應(yīng)性形變，是氧化石墨烯片獨(dú)有的一種能力，即在宏觀尺度上實(shí)現(xiàn)精確可逆的分裂。

研究中，科學(xué)家們用 13500 根氧化石墨烯纖維，融合成一根細(xì)長的黑柱子，柱子的直徑為 1．2 毫米，能承受 680 倍于自身重量的重力。為了驗(yàn)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(dá)到了近 40 倍，提供了充分的表面形變的空間。為了驗(yàn)證形變后的氧化石墨烯纖維是否具備起初的功能，科學(xué)家們又把纖維重新編織成柔性網(wǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)柔性網(wǎng)依然具備相應(yīng)的強(qiáng)度，甚至在網(wǎng)上放置一輛玩具車也不會破。

由于氧化石墨烯纖維的殼層結(jié)構(gòu)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(jīng)過融合、分裂的循環(huán)之后，氧化石墨烯纖維的尺寸、組成、數(shù)量、結(jié)構(gòu)和性能，也可恢復(fù)到循環(huán)前的原始狀態(tài)。

相比此前的研究，氧化石墨烯基纖維材料尺寸大，可控性強(qiáng)，這對于材料的回收和重復(fù)利用、以及研究在可逆組裝過程中固體界面的獨(dú)特現(xiàn)象，有著一定啟發(fā)意義，對未來精確可逆的組裝也會產(chǎn)生積極影響。

此外，氧化石墨烯基纖維的精確可逆能力，還可復(fù)制到其他材料上，比如在尼龍、金屬、不銹鋼絲、玻璃纖維等表面涂上一層氧化石墨烯，這些材料也可產(chǎn)生“組裝—精確還原”的功能。

未來，有望通過進(jìn)一步的機(jī)理研究，獲得更多對于二維大分子組裝結(jié)構(gòu)的深入理解，以此來拓寬這種材料在多領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。