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高超教授团队在Nature Communications上发表关于石墨烯纤维无纺布的最新成果

日期:2016-12-03 11:11

 

    碳基纤维织物作为一种高性能的特殊织物在可穿戴器件和能源等诸多领域发挥着重要作用。然而,具有物理和化学惰性的碳基纤维之间很难实现有效的连接,成为制约碳基织物整体性能提升的瓶颈。自高超教授课题组2011年报道首根纯石墨烯纤维以来,石墨烯纤维的力学、导电等性能均取得了长足的发展。近日,高超教授团队在连续化湿法纺丝技术的基础之上成功研制出了第一块由纯石墨烯纤维构成的织物。该石墨烯织物完全由石墨烯纤维构成,无需添加任何粘接剂,仅利用氧化石墨烯纤维间的自融合现象使得纤维在接触结点处融为一体。因此,该石墨烯纤维织物在高温石墨化后表现出极高的结构稳定性和导电导热性能。同时,该织物借用了无纺布的结构形式,使石墨烯短纤维随机取向并搭接成网络结构,大大简化了制备过程,有利于规模化生产。

研究发现,石墨烯纤维无纺布具有非常好的柔性,导电和导热性能分别达到28000 S/m301 W/mK,而密度仅有0.22 克每立方厘米,其比导电率和比导热率远远高于已报道的碳基二维织物、薄膜材料及商业化的碳纤维纸。基于以上优异性能,石墨烯纤维无纺布可被用作能源领域的电极材料、快速高效的电热织物以及吸附有机物的吸油纸。同商业化的电加热元件相比,石墨烯纤维无纺布具有快速热响应及高工作温度等显著优势,有望在可穿戴电加热领域大显身手。该无纺布对有机物的吸附量和吸附速度明显优于商业化的吸油毡,同时得益于高的结构稳定性,可能比三维碳气凝胶更适合实际吸油应用。

构成无纺布的石墨烯纤维结构具有高度的可设计性,无论是实心纤维,还是多孔纤维乃至复合纤维,均可用上述方法制备成无纺布,大大拓展了石墨烯纤维无纺布的功能和应用范围,使得高性能多功能的石墨烯纤维织物在电热、吸附、能源、催化、复合材料等领域具有广阔的前景。

文章发表在《Nature Communications》,第一作者为高超教授团队的博士后李拯。Zheng Li, Zhen Xu, Yingjun Liu, Ran Wang, Chao Gao. Multifunctional non-woven fabrics of interfused graphene fibres. Nat. Commun. 2016, 7: 13684, DOI: 10.1038/ncomms13684.

文章链接:http://rdcu.be/m78Y

 


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