在生物學(xué)、化學(xué)工程和理論物理學(xué)中已經(jīng)對融合和裂變行為進行了廣泛的研究，來了解細(xì)胞過程，發(fā)展人工裝配體的形態(tài)學(xué)，并產(chǎn)生多金屬化合物。脂質(zhì)/表面活性劑/有機小分子/聚合物膠束和囊泡的融合和裂變通常是通過引入鹽，表面活性劑，離子，氧化劑和還原劑或施加紫外線和可見光以改變雙層膜內(nèi)部的相互作用而觸發(fā)的，以及通過溶解，諸如糖酒的添加劑，以改變囊泡的水內(nèi)部與主體之間的滲透壓。
盡管在人造囊泡和納米顆粒的聚合/裂變方面取得了進展，可逆聚合和裂變?nèi)匀缓茈y實現(xiàn)，這主要是由于各個組件之間的界面發(fā)生了不可逆的物理或化學(xué)變化。對可逆和可控制的融合與裂變的探索將激發(fā)刺激響應(yīng)性材料的發(fā)展，這在開發(fā)動態(tài)可變形系統(tǒng)和具有定制化纖維亞結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)材料方面有可觀的前景。
浙江大學(xué)高超教授/Zheng Li和西安交大劉益?zhèn)惤淌?/strong>在Science發(fā)表論文，提出了一種溶劑觸發(fā)的形貌調(diào)控策略來實現(xiàn)材料可逆的聚合和裂變。氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)纖維被選為模型，因為氧化石墨烯纖維具有二維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、豐富的化學(xué)成分、超柔韌性和自粘接能力。
濕法紡絲的氧化石墨烯纖維膨脹后在最外層具有一個外殼，它限制了內(nèi)部氧化石墨烯薄片的運動，并顯示出溶劑引發(fā)的大體積變化和彈性變形能力。在水和極性有機溶劑的刺激下，纖維外殼的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過溶脹和去溶脹過程在皺紋狀、管狀、分散狀和圓柱狀之間可逆地轉(zhuǎn)化，從而導(dǎo)致瞬態(tài)纖維界面，導(dǎo)致隨機數(shù)量的纖維進行聚合和裂變(圖1)。在每個循環(huán)中，裂變后氧化石墨烯纖維的數(shù)量、尺寸、組成、結(jié)構(gòu)和性能都得到恢復(fù)，表現(xiàn)出聚合和裂變的精確可逆性。
氧化石墨烯纖維殼層由溶劑蒸發(fā)和滲透引起的動態(tài)幾何變形是實現(xiàn)可逆聚變-裂變循環(huán)的關(guān)鍵。此外，如果在聚合物、玻璃、金屬或絲綢制成的纖維上涂上一微米大小的氧化石墨烯層，就能獲得這些能力。
Rodolfo Cruz-Silva和 Ana Laura Elías在這篇文章的評論中提到，基于GO的低能耗，刺激性組裝是一個有吸引力的領(lǐng)域，在許多可能的應(yīng)用中，可逆性是關(guān)鍵。紡織品和高性能絲纖維是該技術(shù)的直接應(yīng)用。纖維的潛在用途可能在于控制釋放和捕獲異物（例如顆粒和有機化合物）。這就需要對單個GO片及其納米級組裝在聚合和裂變循環(huán)中所起的作用有一個基本的了解。盡管生物纖維組件顯示出更高的復(fù)雜性并涉及多個組件，但GO纖維的可逆組件模仿了自然界，并具有使領(lǐng)域向前發(fā)展的令人振奮的潛力。特別是，應(yīng)積極追求具有自修復(fù)，自感應(yīng)和自供能功能的基于GO光纖的體系結(jié)構(gòu)，以最終將GO纖維投入實際應(yīng)用。
圖1. 氧化石墨烯纖維的可逆聚合和裂變
圖2. 原位熒光觀察和非原位聚合/裂變過程的EDS分析
圖3. 可逆聚合與裂變的動態(tài)變形機制
圖4. 可逆聚散帶來了可控的轉(zhuǎn)化
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