功能化的石墨烯/納米纖維電極顯示出2倍的模量，強度和5到10倍的多功能效率。

 

　　結構電池和結構超級電容器為電動汽車（EV）提供了一種潛在的解決方案，因為它們不僅可以處理結構載荷，而且可以存儲能量和/或發電。對于將來的地面和空中機動性，這可以減少結構和電池的重量和體積，并在充電之間有更長的距離。然而，用于電池和超級電容器的電流電極的機械性能較差，因為它們通常由脆性材料制成。

 

　　由德克薩斯農工大學（美國德克薩斯大學學院）化學工程師Jodie Lutkenhaus領導的團隊使用還原的氧化石墨烯（rGO），創新的化學方法和芳綸納米纖維來模仿天然材料的珍珠母，從而獲得了楊氏模量和相對于純rGO電極，其極限抗拉強度分別高220％和255％，與多功能電極相比，<1時的多功能效率值為5-13.6。

 

　　珍珠母質多功能復合材料

 

　　Lutkenhaus及其團隊在《物質》雜志上發表的一篇文章中描述了使用多巴胺使rGO功能化（化學鍵合），然后將該材料與芳族聚酰胺納米纖維結合形成復合材料。該論文解釋說：“我們假設，受自然啟發的材料可以將超級電容器電極的不良機械性能轉變為模仿珍珠質，骨頭或木材的電極，以實現極高的多功能效率值。”

 

　　珍珠母（珍珠母）由95體積％的文石（碳酸鈣），甲殼質和蛋白質組成，但其韌性卻比單獨的文石高出三個數量級。其卓越的機械性能來自于其分層的復合結構：其組成粒子和基質在每個幾何尺度或水平（例如，納米，微米，中觀，宏觀）上都有不同的組織，并結合了這些水平之間的有效界面以實現高模量和強度，同時減少裂紋擴展（請參見博客“下一代定制復合材料的磁性3D打印”）。

 

　　Lutkenhaus團隊知道，已顯示出基于石墨烯的模擬珍珠質的電極在電方面表現出色。挑戰在于改善其機械性能。該小組試圖使用激素和神經遞質多巴胺來使rGO功能化。多巴胺還可以自聚合成高粘合力的聚合物聚多巴胺（PDA）。多巴胺模仿內襯珍珠質的貽貝中粘附蛋白的結構，而PDA已用于鋰離子電池和超級電容器中，作為電極材料，隔膜改性劑和粘合劑。但是，只有少數研究集中在將PDA摻入rGO復合材料中。

 

　　正如Matter技術論文中所述，“我們次尋求將PDA改性rGO的出色機械性能與高模量，高強度凱夫拉纖維芳綸納米纖維相結合，以提高多功能效率。”芳綸納米纖維還具有已用于各種應用，包括能量存儲。