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全尺度协同缺陷工程规模化制备高性能石墨烯纤维
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文章来源：低维材料 石墨烯由于具有极高的抗拉强度（130GPa）和杨氏模量（1100GPa），良好的导电性（108S m-1）和导热性（5200W m-1K-1）等一系列优异的性能，被认为是构造多功能、高性能碳质纤维的理想材料。高超教授团队首次提出并率先制备了高性能多功能的新型石墨烯纤维，它是由石墨烯片沿轴向有序堆积排列而成的连续组装材料，具有高导电、高导热、低密度等特性，已在柔性导线、超级电容器、太阳能电池、锂电池、传感器等方面显示出了诱人的应用前景，成为一个新的学术研究的热点方向。然而，目前的石墨烯纤维的力学强度和导电性仍远远不如单层石墨烯，限制了其在可穿戴设备和功能性器件等领域的应用。研究发现，石墨烯纤维与单层石墨烯之间的性能差异，主要是由石墨烯纤维层状结构中的众多缺陷所引起的。因此，如何同时减少石墨烯纤维中的所有缺陷，是制备高性能石墨烯纤维的关键所在。  图1 石墨烯纤维的全尺度协同缺陷工程降低了原子尺度到宏观尺度上的所有缺陷 针对这一问题，高超教授团队立足石墨烯纤维的结构调控及结构与性能关系，开展了系统深入的研究。首次提出了“全尺度协同缺陷工程”策略，通过控制纺织原液的浓度和喷嘴直径，优化湿法纺丝工艺；以及多级拉伸诱导取向、纤维细旦化和高温热还原等关键技术创新，成功实现了高性能石墨烯纤维的规模化制备。  图2 全尺度协同缺陷工程制备的石墨烯纤维的力学和电学性能 通过这种方法规模化制备的石墨烯，直径最细可达到1.6μm，约为头发丝的五十至一百分之一。力学强度最高可以达到2.2GPa，杨氏模量最高可达400GPa，电导率达到8*105S/m，代表了石墨烯纤维目前最高的性能水平。  图3 高性能石墨烯纤维的应用展示 相关研究成果在线发表于知名期刊Advanced Materials上。 （DOI: 10.1002/adma.201506426. Ultrastiff and Strong Graphene Fibers viaFull-Scale Synergetic Defect Engineering. Zhen Xu, Yingjun Liu, Chao Gao, etal. First published on 17 May 2016.） 声明: 1. 本文版权归低维材料所有，转载请与我们联系。 2. 因学识有限，难免有所疏漏和谬误，恳请批评指正！ |
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