Les chercheurs ont démontré le renforcement inspiré des moules des fibres de graphène pour l'amélioration des propriétés des matériaux. Un groupe de recherche dirigé par le professeur Sang Ouk Kim a appliqué la polydopamine comme liant d'infiltrat efficace pour obtenir des propriétés mécaniques et électriques élevées pour les fibres à cristaux liquides à base de graphène.

Cette ingénierie des défauts bio-inspirée se distingue clairement des tentatives précédentes avec des liants isolants et a des applications possibles dans l'électronique flexible, textiles multifonctionnels, et des capteurs portables. L'ingénierie des défauts en deux étapes aborde la limitation intrinsèque des fibres de graphène résultant du pliage et du froissement des couches de graphène pendant le processus de filage des fibres.

En 2009, le groupe de recherche a découvert des cristaux liquides d'oxyde de graphène dans des milieux aqueux tout en introduisant un processus de purification efficace pour éliminer les impuretés ioniques. Fibres de graphène, typiquement filé au mouillé à partir d'une dispersion aqueuse de cristaux liquides d'oxyde de graphène, devraient démontrer des conductivités thermiques et électriques supérieures ainsi que des performances mécaniques exceptionnelles.

Néanmoins, en raison de la formation inhérente de défauts et de vides causés par le pliage et le froissement de la couche d'oxyde de graphène à l'intérieur des fibres de graphène, leur résistance mécanique et leurs conductivités électrique/thermique sont encore bien en deçà des valeurs idéales souhaitées. Par conséquent, trouver une méthode efficace pour construire les fibres de graphène densément emballées avec une forte interaction entre les couches est un défi principal.

L'équipe du professeur Kim s'est concentrée sur les propriétés d'adhérence de la dopamine, un polymère développé avec l'inspiration de la moule naturelle, résoudre le problème. Ce polymère fonctionnel, qui est étudié dans divers domaines, peut augmenter l'adhérence entre les couches de graphène et prévenir les défauts structurels.

Le groupe de recherche du professeur Kim a réussi à fabriquer des fibres à cristaux liquides de graphène à haute résistance avec des défauts structurels contrôlés. Ils ont également fabriqué des fibres avec une conductivité électrique améliorée grâce au processus de post-carbonisation de la polydopamine.

Basé sur la théorie selon laquelle la dopamine avec recuit ultérieur à haute température a une structure similaire à celle du graphène, l'équipe a optimisé les conditions de polymérisation de la dopamine et résolu les problèmes inhérents de contrôle des défauts des fibres de graphène existantes. Ils ont également confirmé que les propriétés physiques de la dopamine sont améliorées en termes de conductivité électrique en raison de l'influence de l'azote dans les molécules de dopamine, sans endommager la conductivité, qui est la limite fondamentale des polymères conventionnels.

Professeur Kim, qui a dirigé la recherche, mentionné, « Malgré son potentiel technologique, La fibre de carbone utilisant des cristaux liquides de graphène a encore des limites en termes de limitations structurelles. "Cette technologie sera appliquée à la fabrication de fibres composites et à divers dispositifs d'application à base de textile portable."