在最近的研究中，功能化的石墨烯/納米纖維電極顯示出2倍的模量，強度和5到10倍的多功能效率。

結構電池和結構超級電容器為電動汽車（EV）提供了一種潛在的解決方案，因為它們不僅可以處理結構載荷，而且可以存儲能量和/或發(fā)電。對于將來的地面和空中機動性，這可以減少結構和電池的重量和體積，并在充電之間有更長的距離。然而，用于電池和超級電容器的電流電極的機械性能較差，因為它們通常由脆性材料制成。

由德克薩斯農(nóng)工大學（美國德克薩斯大學學院）化學工程師Jodie Lutkenhaus領導的團隊使用還原的氧化石墨烯（rGO），創(chuàng)新的化學方法和芳綸納米纖維來模仿天然材料的珍珠母，從而獲得了楊氏模量和相對于純rGO電極，其極限抗拉強度分別高220％和255％，與多功能電極相比，<1時的多功能效率值為5-13.6。

珍珠母質(zhì)多功能復合材料

在發(fā)表于Matter期刊上的一篇文章中，團隊描述了使用多巴胺使rGO官能化（化學鍵合），然后將該材料與芳族聚酰胺納米纖維結合形成復合材料。該論文解釋說：“我們假設，受自然啟發(fā)的材料可以將超級電容器電極的不良機械性能轉變?yōu)槟７抡渲橘|(zhì)，骨頭或木材的電極，以實現(xiàn)極高的多功能效率值。”

珍珠母（珍珠母）由95體積％的文石（碳酸鈣），甲殼質(zhì)和蛋白質(zhì)組成，但其韌性卻比單獨的文石高出三個數(shù)量級。其卓越的機械性能來自于其分層的復合結構：其組成粒子和基質(zhì)在每個幾何尺度或水平（例如，納米，微米，中觀，宏觀）上都有不同的組織，并結合了這些水平之間的有效界面以實現(xiàn)高模量和強度，同時減少了裂紋擴展（請參見博客“ 新一代3D磁性3D打印量身定制的復合材料”）。

團隊知道，已顯示出基于石墨烯的模擬珍珠質(zhì)的電極在電方面表現(xiàn)出色。挑戰(zhàn)在于改善其機械性能。該小組試圖使用激素和神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺來使rGO功能化。多巴胺還可以自聚合成高粘合力的聚合物聚多巴胺（PDA）。多巴胺模仿內(nèi)襯珍珠質(zhì)的貽貝中粘附蛋白的結構，而PDA已用于鋰離子電池和超級電容器中，作為電極材料，隔膜改性劑和粘合劑。但是，只有少數(shù)研究集中在將PDA摻入rGO復合材料中。

正如在技術論文中所解釋的那樣，“我們首次尋求將PDA改性rGO的優(yōu)異機械性能與高模量，高強度凱夫拉纖維芳綸納米纖維相結合，以提高多功能效率?！狈季]納米纖維還具有已用于各種應用，包括能量存儲。

良好的結構性能

利用真空過濾法制備了基于支化芳族聚酰胺納米纖維和多巴胺官能化的rGO片的類似珍珠質(zhì)的結構超級電容器電極，并對其性能進行了評估。據(jù)報道顯示出優(yōu)異的機械性能是由于多巴胺官能化引起的氫鍵增加和Ca 2 離子引起的螯合。

小組報告說，這種方法適用于其他模仿珍珠質(zhì)的結構，這應會導致新的更強大的多功能自然靈感材料系列。“未來的工作應集中在提高電化學性能上，或者通過增加孔隙率來改善離子遷移率，或者通過添加偽電容材料來提高能量密度。據(jù)我們所知，在低芳族聚酰胺納米纖維含量的導電復合材料中，獲得的楊氏模量和多功能效率最高。這導致具有高電化學性能的結實的結構超級電容器電極?！?/span>