精密成型模具是控制氧化石墨烯 (GO) 面团致密化为各向同性固体的关键容器。
在制备各向同性 g-GO 时，聚四氟乙烯模具等工具不施加外部机械力。相反，它们提供特定的几何形状，使高粘结性的 GO 面团能够进行自然干燥，其中毛细管压力是将其层均匀压缩成致密、玻璃状状态的主要机制。
通过依赖毛细管作用的内力而不是外部液压，精密模具允许材料均匀收缩。这保留了层状结构的随机取向，确保最终固体在所有方向上都表现出平衡的机械硬度。
各向同性形成的力学原理
塑造高粘结性面团
该过程始于处于“面团”状态的 GO，其特点是高粘结性和固有的各向同性（随机排列）。
精密模具，通常由聚四氟乙烯等不粘材料制成，在不破坏其内部结构的情况下定义了这种面团的最终三维形状。
毛细管压力的作用
一旦面团在模具内成型，主要的致密化力就是毛细管压力。
在自然干燥过程中溶剂蒸发时，毛细管力会将氧化石墨烯片层拉得更近。
由于这种力是内部产生的并且均匀作用，因此它可以有效地压缩材料，而不会迫使层状结构形成特定的排列。
实现结构各向同性
防止长程堆叠
使用精密成型和自然干燥的独特优势在于防止长程堆叠顺序。
与强制对齐的方法不同，成型工艺会产生玻璃状固体。层状结构保持无序，这是各向同性材料的定义特征。
平衡的机械性能
通过这种方法实现的结构无序直接转化为物理性能。
由于材料缺乏优选取向，所得的 g-GO 固体具有极高的机械硬度，无论施加载荷的方向如何，其硬度都是一致的。
理解区别：成型与压制
区分制造各向同性 g-GO（您问题的重点）和制造各向异性块体材料至关重要。
各向同性方法（成型）
上述方法使用模具内的自然干燥来保持随机性。
这会产生一种在所有方向上都具有均匀性能的材料，非常适合需要多向强度的应用。
各向异性方法（液压压制）
相比之下，使用带有不锈钢模具的实验室液压机施加巨大的单轴压力（高达200 MPa）。
这种外力驱动 GO 层滑动和重新排列，将层间距压缩到纳米尺度。
虽然这可以制造出致密的材料，但它迫使层状结构形成长程有序的层状微观结构，从而导致各向异性性能（在一个方向上强，在其他方向上可能较弱）。
为您的目标做出正确选择
工具的选择决定了您最终氧化石墨烯产品的微观结构排列。
- 如果您的主要重点是各向同性硬度：使用聚四氟乙烯模具和自然干燥，让毛细管压力在不引起取向的情况下使材料致密化。
- 如果您的主要重点是定向排列：使用液压机和高单轴压力将层状结构强制排列成有序的层状结构。
最终，模具的功能是促进满足您结构要求的特定类型的致密化——毛细管或机械致密化。
总结表：
| 特征 | 各向同性 g-GO（精密成型） | 各向异性块体（液压压制） |
|---|---|---|
| 主要工具 | 聚四氟乙烯模具 | 不锈钢模具和液压机 |
| 致密化力 | 内部毛细管压力 | 外部单轴压力（高达 200 MPa） |
| 内部结构 | 随机取向（玻璃状） | 长程有序（层状） |
| 机械性能 | 平衡硬度（所有方向） | 定向强度（各向异性） |
| 干燥过程 | 自然干燥 | 强制机械压缩 |
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参考文献
- Che-Ning Yeh, Jiaxing Huang. Binder-free graphene oxide doughs. DOI: 10.1038/s41467-019-08389-6
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
