近年来随着超分子化学蓬勃发展而新兴的自主本征自修复技术，以其无需外界能量介入、无需埋植修复剂以及理论上可无限次修复的特点相较于可修复次数受限的外援型自修复技术更具竞争优势。目前，基于氢键、主客体化学、pi;-pi; 堆叠、金属配位等非共价键组装的超分子聚合物材料是其中典型代表[1-4]。诺贝尔奖获得者，“超分子化学之父”J. M. Lehn教授在提出超分子聚合物概念时就已经预言此类材料在自修复领域的广阔应用前景[5]。但是，分析可知：目前报道的具有自主本征自修复功能的超分子聚合物绝大多数为类凝胶软物质，分子链的动态性和流动性保证了本征自修复的效果，但却无法保证材料应有的机械强度。法国国家科学院工业物理与化学学院 L. Leibler教授课题组于2008年在 Nature 期刊上报导了基于超分子氢键单元构建的弹性橡胶体，这类材料即使在宏观完全断裂的情况下，只需通过轻触断裂面在室温下即可完成已断裂材料的自粘合，值得注意的是，该材料的杨氏模量首次提升至 1-10MPa[6]。而后，超分子簇部分共价交联、纳米复合等技术手段也被采用来提高超分子聚合物的机械强度[7, 8]。比利时根特大学R. Hoogenboom教授在其评论性文章里指出具有自修复能力的超分子聚合物变“硬”对于其实际应用的重要性，并从技术上分析了其实现可性能[9]。
研究表明，石墨烯的杨氏模量则高达1000 GPa，是一种常用的聚合物材料增强添加剂。石墨烯是一种二维的成蜂巢状的平面薄膜，由碳原子以sp2杂化组成，其厚度仅为0.35 nm，是目前发现的最薄的二维材料。自2004年Geim等通过机械剥离石墨的方法成功制备出石墨烯后，其在全世界引起了广泛关注[10]。
制备石墨烯的主要方法包括微机械剥离法[10]、液相剥离法[11]、化学气相沉积法[12]、碳纳米管切割法[13]、氧化石墨烯还原法等[14]。上述前四种方法虽可制备高质量、表面缺陷少的石墨烯材料，但是因其制备方法本身的局限性，均无法实现大规模的生产。比较而言，氧化石墨烯还原法成本低、操作简单、产量大，被认为是制备氧化石墨烯最有前途的方法。
通过Hummers法将石墨氧化成为氧化石墨, 在超声条件下分散可得到单层的氧化石墨烯的分散溶液, 再通过化学还原获得石墨烯。氧化石墨烯具有和石墨烯相类似的平面结构, 在氧化石墨烯的面上与边缘上含有大量的基团, 如羟基、环氧基、羰基、羧基、酯基等[15]。
众所周知，由于氧化石墨烯表面存在丰富的基团，故其可均匀分散在一些极性溶剂（水、DMF和NMP等）或极性聚合物（聚乙烯醇、聚酰胺和聚氨酯等）中。如何改善氧化石墨烯在不同溶剂中的分散性，对制备石墨烯增强的高分子基复合材料至关重要。2010年，浙江大学的高超教授[16]分别利用炔基聚乙二醇（PEG-Cequiv;CH）、炔基聚苯乙烯（PS-Cequiv;CH）、炔基甘氨酸（Gly-Cequiv;CH）、炔基苯丙氨酸（Phe-Cequiv;CH）以及棕榈酸炔丙酯对氧化石墨烯进行边缘修饰，合成了一些列功能化改性的氧化石墨烯，改性的氧化石墨烯在三氯甲烷、二氯甲烷等有机溶剂中具有很好的溶解性。为了提高氧化石墨烯在血液中的分散性，有效抑制氧化石墨烯本身的盐效应，斯坦福大学的戴宏杰教授[17]则利用聚乙二醇（PEG）对氧化石墨烯进行边缘修饰改性合成了在血液中分散性极佳的NCO-PEG，如图1所示，氧化石墨烯通过pi;-pi;作用把抗癌药物SN38吸附在其表面，然后利用接枝上去的PEG连带SN38均匀分散在血液中，这种NGO-PEG-SN38杂化体系的抗癌效果比传统的CPT-11还要高效。这些研究成果表明，对氧化石墨烯进行功能化具有重要意义。
图1 PEG改性的氧化石墨烯载药（SN38）示意图
天然贝壳具有典型的砖灰（brick-and-mortar）结构，其由含量分别为95%的CaCO3文石板（硬相）以及5%的丝素蛋白、甲壳纤维素及融合蛋白的混合物（软相）组成，如图2所示，厚度为200-500 nm的CaCO3文石板自组装形成层状的纳米复合材料，这种特殊的结构赋予了天然贝壳极佳的力学性能，使其同时兼具很高强度和韧性，因此模仿贝壳的层层自组装结构制备出纳米复合材料意义深远[18]。类似于层状的CaCO3文石板，石墨烯也具有典型的二维层状结构，同时，其具有很好的力学性能，石墨烯的杨氏模量最高可达1000 GPa，因此，石墨烯及其衍生物有望成为构筑贝壳仿生结构的基础性材料（“brick”）。2007年，美国西北大学机械工程学院的Ruoff. R教授在Nature期刊上发文首次报道了基于真空抽滤层层自组装法制备的氧化石墨烯纸，该材料具有很高的强度，其杨氏模量高达31 GPa，同时，其在宏观状态下很好的柔曲性[19]。但是，该材料由100%的氧化石墨烯抽滤而成，不含任何高分子层间粘结剂（“mortar”），故其韧性还有进一步的提升空间。
