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 近日，北京化工大學(xué)張好斌教授課題組通過優(yōu)化氧化石墨烯納米片的表面化學(xué)，提出了一種可規(guī)模化且無添加劑的濕紡絲方法，可用于制備高性能的石墨烯纖維。與傳統(tǒng)Hummers法制備的氧化石墨烯（h-GO）相比，該工作制備的氧化石墨烯（f-GO）表面端基更少，特別是僅有微量的羧基。由于層間相互作用更強(qiáng)，更容易形成液晶并構(gòu)建緊湊有序的排列。結(jié)果表明，制備的f-GO纖維的抗拉強(qiáng)度達(dá)到791.7MPa，韌性達(dá)到24.0MJ m-3。經(jīng)化學(xué)還原后，石墨烯纖維的抗拉強(qiáng)度達(dá)到875.9MPa，韌性達(dá)到13.3MJ m-3，電導(dǎo)率達(dá)到1.06×105S m-l，創(chuàng)造新紀(jì)錄，優(yōu)于目前報道的大多數(shù)化學(xué)還原石墨烯纖維。因此，本研究為高性能、多功能石墨烯纖維和柔性可穿戴設(shè)備的制備提供了一種簡單、高效和可規(guī)模化的方法。相關(guān)工作以“Tough,Strong, and Conductive Graphene Fibers by Optimizing Surface Chemistry ofGraphene Oxide Precursor”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。

通過優(yōu)化氧化石墨烯前驅(qū)體的表面化學(xué)，并控制其紡絲和組裝行為，該研究制備了一種可規(guī)模化且易于濕紡的強(qiáng)韌性和高導(dǎo)電性的石墨烯纖維。優(yōu)化后的 f-GO具有較少的結(jié)構(gòu)缺陷和易于去除的含氧基團(tuán)，具有良好的可紡性和流動性。濕紡f-GO纖維的抗拉強(qiáng)度達(dá)到791.7MPa，韌性達(dá)到8.3 MJ m-3。此外，通過溫和的化學(xué)還原有效去除f-GO片上的含氧官能團(tuán)，使纖維具有875.9 MPa的超高抗拉強(qiáng)度和1.06×105S m-l的優(yōu)異導(dǎo)電性，優(yōu)于大多數(shù)化學(xué)還原的GO纖維。這項工作為高性能石墨烯纖維和柔性可穿戴設(shè)備的大規(guī)模生產(chǎn)提供了一條全新的有前途的途徑。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202112156