石墨烯纤维具有优异的综合性能，是一种很有发展前途的碳质纤维。以前的实验室研究主要集中在单纤维原型上，但石墨烯纤维长丝的可扩展制造仍然几乎没有被探索过。在这里，我们报道了具有高强度和优异导热性的石墨烯纤维长丝的大规模工业制造。在可伸缩湿纺丝过程中，我们引入了阶梯式溶剂插入塑料拉伸，以改善前驱体氧化石墨烯纤维长丝的均匀性、密度和结构秩序。化学还原和高温石墨化恢复了石墨烯的原子结构，实现了长丝的大尺寸石墨晶体。石墨烯纤维长丝的抗拉强度为1.4 GPa，密度为1.93 g/cm³，电导率为4.1 × 10⁵ S/m，导热系数为1204 W/mK。石墨烯纤维长丝的制备为其在纺织品和复合材料领域的广泛应用奠定了基础，溶剂插层塑料拉伸法可作为制备二维材料高性能纤维长丝的通用方法。
 

图1.GOFFs的制备工艺a) GOFFs连续湿纺装置;b) 100孔喷丝板特写;c)塑化浴中100长丝的GO纤维;d)将GOFFs收集到石墨收集器上;e) GOFFs的SEM图像;f)石墨卷轴上大型GOFFs数字图像;g)改性石墨烯纤维长丝(红线)和新生石墨烯纤维长丝(蓝线)的整体力学和输运特性。b)、c)、d)、e)、f)中的比例尺分别为20mm、100mm、35mm、500 μm、30mm。
 
 
图2: rGOFFs的微观结构和性能a)湿法纺丝过程中氧化石墨烯薄片的转变及相应阶段示意图;b)塑化浴中不同EtOH含量下GOFFs的拉伸比-Ⅰ和不同EtOH含量下GOFFs的整体拉伸比-Ⅱ;c) SR为0%，比例尺分别为50 μm、50 μm和10 μm的rGOFFs的SEM图像;d) SR为12%，比例尺分别为200 μm、100 μm和10 μm的rgoff的SEM图像;e) SR为21%，比例尺分别为200 μm、50 μm和10 μm的rGOFFs的SEM图像;f)不同SRs rGOFFs的表面取向度(SOD)分布;g)不同SRs rgoff的SOD值;h)具有不同SRs的rGOff的SAXS模式;i)不同sr的rGOFFs的XRD谱图;j)不同SRs的rGOFFs密度和取向度;k)不同sr的rGOFFS的抗拉强度和模量。
 

图3. gff的微观结构与性能a)石墨烯卷筒上采集的rgoff的数字图像，标尺为2 cm, 2 mm;b)石墨烯卷轴上采集的gff数码照片，比例尺为2 cm, 2 mm;c) GOFFs、rGOFFs和GFFs在1200°c和2800°c退火时的拉曼光谱;d) 1200°C和2800°C退火的GOFFs、rGOFFs和GFFs的XPS光谱;e) GFFs -0%、GFFs -12%、GFFs -21%的SEM图像，比例尺为50 μm;f)不同SRs的GFFs的SAXS模式;g)不同sr的gff的XRD谱图;h)不同SRs的GFFs密度和取向度;i)不同SRs下GFFs的拉应力曲线;j)不同srr下GFFs的抗拉强度和模量。
 

图4. GFFs的热性能a)激光闪光法测量导热系数原理示意图;b)纤维样件及样件支架示意图及数字图，比例尺5mm;c)不同SRs下GFFs的导热系数;d) GFFs -21%与其他金属纤维、PAN基碳纤维、沥青基碳纤维、碳纳米管纤维和石墨烯纤维单丝的导热系数比较。
 
       相关研究成果由浙江大学 Zhen Xu、Yingjun Liu和Chao Gao等人2024年发表在Carbon (链接: https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.118947)上。原文：Large-scale preparation of thermally conductive graphene fiber filaments

转自《石墨烯研究》公众号