来自中国北航大学、英国伦敦帝国学院、澳大利亚卧龙大学和以色列魏茨曼科学研究所的研究人员讨论了聚集在环氧-石墨烯纳米复合材料，破坏了材料的性能。

研究人员报告说，他们已经成功地解决了这个分散问题，建造了一个连续的石墨烯基支架。研究结果表明，该团队的新策略将断裂韧性提高到纯环氧树脂的3.6倍左右。

科学家们对这种复合增韧机制的研究是受到天然珍珠层的启发，天然珍珠层是许多软体动物壳的内部层。经过数百万年的发展，它已经发展到目前在极少数工程复合材料中实现的优化水平。珍珠层由约96%碳酸钙(CaCO3)组成的层状结构，由约4%的有机材料(软生物聚合物)连接而成。珍珠层的典型特征是“砖混”排列，它被认为是珍珠层所拥有的机械和其他优异性能的关键。

“我们的假设是，珍珠层可以为构建高断裂韧性的环氧纳米复合材料提供一个新的设计理念，”北京北航大学教授郑群峰表示。“在我们的工作中，我们提出了由99wt%有机环氧基体组成的反珍珠状层状环氧石墨烯纳米复合材料的概念”。

相对于传统的均匀混合，团队的设计策略完全避免了石墨烯纳米片的分散过程。相反，他们使用石墨烯纳米片来构建一个分层的脚手架，然后将这个支架嵌入到环氧树脂基体中。

研究人员通过冰模板技术制备了这种石墨烯基层状支架，然后将环氧树脂渗透到支架中，从而获得层状石墨烯纳米复合材料。

“我们感到惊讶的是，只有0.3%石墨烯基支架，断裂韧性提高到2.53MPaM1/2，是纯环氧的3.6倍，”程指出。与均匀共混相比，在绝缘环氧基体内建立一个互联的导电网络也能有效地获得优异的导电性能。例如，这种导电性能可用于自监测这些纳米复合材料的结构安全性和健康状况。

然而，该小组警告说，仍有两个关键问题有待解决。首先，在本工作中展示的反珍珠状层状环氧石墨烯纳米复合材料仍然局限于非常小的尺寸。为了在实际应用中发挥作用，需要开发大规模的冰模板法制备石墨烯基支架，以获得大尺寸的反珍珠状环氧石墨烯纳米复合材料。

其次，反珍珠状结构需要进一步优化，特别是在控制每个环氧层的厚度方面，使它们更接近碳酸钙。3天然珍珠层中的纳米血小板。随着环氧层厚度的减小，界面密度增加，促进了表面增韧机制，进一步提高了断裂韧性。

程总结说：“考虑到石墨烯非凡的导电或热导率，我们面临的另一个设计挑战是将这些功能与这些纳米复合材料的力学性能结合起来，以获得多功能。”