上海光源SAXS站在超強連續石墨烯纖維研究取得新進展

發布時間：2013-01-29 11:07 原文鏈接：上海光源SAXS站在超強連續石墨烯纖維研究取得新進展

　　由納米尺度的基本單元出發制備宏觀高性能材料是納米科技領域的重要方向，也是將自組裝科學推進到現實材料應用的重要途徑。近十年來，在高性能纖維領域，碳納米管的發現將纖維的綜合性能推進到了全新的高度。自2004年石墨烯這一新型碳二維納米材料的發現開始，它超高的強度、良好的韌性、優良的導電率以及最高的熱導率等優異的物理性質決定了石墨烯可以作為一種理想的二維納米構筑單元來制備宏觀高性能材料。2011年，氧化石墨烯液晶的發現引發了制備石墨烯宏觀有序材料的熱潮。從氧化石墨烯液晶出發，浙江大學高超研究小組實現了石墨烯纖維的連續制備，為高性能纖維家族增添了一個極具潛力的新成員。

　　最近，該課題組進一步制備了大片的氧化石墨烯，利用上海光源X射線小角散射（SAXS）線站同步輻射SAXS實驗技術，確認了其溶液中內部的有序結構。研究人員從大片氧化石墨烯液晶出發制備了超強的連續石墨烯纖維（圖1右3）。石墨烯的大尺寸會減少石墨烯片層邊緣之間疊合帶來的缺陷，同時優化的“濕拉”紡絲工藝實現了石墨烯片沿纖維軸向的致密規整排列。在石墨烯纖維制備過程中，通過SAXS表征了氧化石墨烯液晶紡絲原液中三維方向取向到氧化石墨烯凝膠纖維中沿纖維軸向取向的結構演變（圖2）。通過引入二價金屬離子交聯結構將石墨烯纖維強度提升至0.5GPa，這是目前所報道的純石墨烯材料強度的最高值。這種石墨烯纖維在具有超高強度的同時還兼具良好的導電性和柔韌性，其導電能力在彎曲-伸直1000次后沒有任何減弱，預示著石墨烯纖維這一新品種高性能纖維材料在多功能織物、柔性可穿戴傳感器、超級電容器、輕質導線等領域有廣泛的應用前景。該成果發表在《先進材料》上（Advanced Materials，2013，25，188-193），文章發表后被“Materials Views China”以《由石墨制取超強連續石墨烯纖維》為題進行亮點評價。