I ricercatori hanno dimostrato il rinforzo ispirato alle cozze delle fibre di grafene per il miglioramento delle proprietà dei materiali. Un gruppo di ricerca guidato dal professor Sang Ouk Kim ha applicato la polidopamina come legante di infiltrazione efficace per ottenere elevate proprietà meccaniche ed elettriche per le fibre cristalline liquide a base di grafene.

Questa ingegneria dei difetti di ispirazione biologica è chiaramente distinguibile dai precedenti tentativi con leganti isolanti e ha possibili applicazioni nell'elettronica flessibile, tessuti multifunzionali, e sensori indossabili. L'ingegneria dei difetti in due fasi affronta la limitazione intrinseca delle fibre di grafene derivante dalla piegatura e dall'increspatura degli strati di grafene durante il processo di filatura della fibra.

Nel 2009, il gruppo di ricerca ha scoperto cristalli liquidi di ossido di grafene in mezzi acquosi introducendo un efficace processo di purificazione per rimuovere le impurità ioniche. fibre di grafene, tipicamente filato a umido da dispersione acquosa di cristalli liquidi di ossido di grafene, ci si aspetta che dimostrino conduttività termica ed elettrica superiori, nonché prestazioni meccaniche eccezionali.

Ciò nonostante, a causa della formazione intrinseca di difetti e vuoti causati dalla piegatura e dall'increspatura dello strato di ossido di grafene all'interno delle fibre di grafene, la loro resistenza meccanica e conducibilità elettrica/termica sono ancora molto al di sotto dei valori ideali desiderati. Di conseguenza, trovare un metodo efficiente per costruire le fibre di grafene densamente imballate con una forte interazione tra gli strati è una sfida principale.

Il team del professor Kim si è concentrato sulle proprietà di adesione della dopamina, un polimero sviluppato con l'ispirazione della cozza naturale, per risolvere il problema. Questo polimero funzionale, che viene studiato in vari campi, può aumentare l'adesione tra gli strati di grafene e prevenire difetti strutturali.

Il gruppo di ricerca del professor Kim è riuscito a fabbricare fibre cristalline liquide di grafene ad alta resistenza con difetti strutturali controllati. Hanno anche fabbricato fibre con una migliore conduttività elettrica attraverso il processo di post-carbonizzazione della polidopamina.

Sulla base della teoria che la dopamina con successiva ricottura ad alta temperatura ha una struttura simile a quella del grafene, il team ha ottimizzato le condizioni di polimerizzazione della dopamina e risolto i problemi intrinseci di controllo dei difetti delle fibre di grafene esistenti. Hanno anche confermato che le proprietà fisiche della dopamina sono migliorate in termini di conduttività elettrica grazie all'influenza dell'azoto nelle molecole di dopamina, senza danneggiare la conduttività, che è il limite fondamentale dei polimeri convenzionali.

Professor Kim, che ha condotto la ricerca, disse, "Nonostante il suo potenziale tecnologico, la fibra di carbonio che utilizza cristalli liquidi di grafene ha ancora dei limiti in termini di limitazioni strutturali." Questa tecnologia verrà applicata alla fabbricazione di fibre composite e a vari dispositivi di applicazione a base tessile indossabili".