高性能石墨烯纤维
石墨烯面料优点是什么
石墨烯面料优点是什么石墨烯是目前自然界最薄、强度最高的材料，强度比钢材高200倍，同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。
作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，有科学家预言石墨烯极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命，将“彻底改变21世纪”。
1.石墨烯内暖纤维石墨烯内暖纤维是由生物质石墨烯与各类纤维复合而成的一种智能多功能纤维新材料，具备超越国际先进水平的低温远红外功能，集抗菌抑菌、抗紫外线、防静电等作用于一身，被誉为“划时代的革命性纤维”。
2.石墨烯内暖纤维长丝、短纤规格齐全，短纤可与棉毛丝麻等天然纤维以及涤纶腈纶等其他各种纤维等其他各种纤维搭配混纺，长丝可与各种纤维交织，制备不同功能需求的纱线面料。
在纺织领域，可以制成内衣、内裤、袜类、婴幼服饰、家居面料、户外服装等。
石墨烯内暖纤维的用途并不仅限于服装领域，还可以应用于车辆内饰、美容医疗卫材、摩擦材料、过滤材料等。
3.石墨烯内暖绒材料石墨烯内暖绒是由生物质石墨烯均匀分散于涤纶空白切片中进行共混纺丝生产而成。
该技术既充分利用了可再生的低成本生物质资源，又将生物质石墨烯的神奇功能充分展现到纤维中，获得了高性能、高附加值的新型纺织材料。
石墨烯内暖绒材料具有远红外升温、保暖透气、抗静电、抗菌等多 功能特性，作为填充材料应用于棉被、羽绒服等，对提升纺织工业创新能力和推动高附加值产品开发具有重大意义和市场价值。
杭州萧山荣丽布艺有限公司是一家集床垫面料及家用纺织品设计、生产、开发、销售于一体的专业化企业，引进西德、意大利等先进的织造设备，专业生产的提花、印花、染色、色织面料，针织床垫布, ,梭织床垫面料, 热转移印花布花色新颖、品种繁多、针织提花布、印花床垫布产品广泛适用于床垫、床罩，枕套和沙发及工程布的制作。
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石墨烯负氧离子超纤新材料
石墨烯负氧离子超纤新材料
石墨烯负氧离子超纤新材料是一种具有创新性的材料，结合了石墨烯的优异性能和负氧离子释放功能。
以下是这种材料的主要特性和优点：
1.石墨烯的特性：
•石墨烯是一种二维的碳纳米材料，具有极高的电子迁移率、热导率和力学强度。
•它具有良好的透明度，可以用于制造柔性显示、传感器和太阳能电池等。
•石墨烯还具有优秀的电学性能，可以用于制造高性能的电子器件。
2.负氧离子释放功能：
•这种材料能够持续释放负氧离子，具有清新空气、抗菌和改善人体健康等效果。
•负氧离子能够中和空气中的自由基，减少空气中的细菌、病毒和过敏原等有害物质。
•负氧离子还对人体具有舒缓压力、改善睡眠和提高免疫力等益处。
3.优点：
•石墨烯负氧离子超纤新材料结合了石墨烯和负氧离子的优点，具有高性能、环保和健康等特性。
•这种材料可以广泛应用于家居、汽车、航空和医疗等领域，提高产品的性能和舒适度。
•它还可以用于制造高性能的过滤器和传感器等产品，提高产品的质量和稳定性。
总之，石墨烯负氧离子超纤新材料是一种具有广阔应用前景的创新性材料，将会在各个领域发挥重要作用。
石墨烯全热交换和长纤维
石墨烯全热交换和长纤维石墨烯全热交换与长纤维随着科技的不断进步，石墨烯作为一种新兴材料，已经引起了广泛的关注和研究。
石墨烯具有出色的导热性能和机械强度，被认为是未来热交换领域的潜在替代材料。
同时，长纤维作为另一种重要材料，在热交换领域也有着广泛的应用。
本文将探讨石墨烯全热交换和长纤维的特性以及在热交换中的应用。
一、石墨烯全热交换石墨烯是由碳原子组成的二维蜂窝结构材料，具有极高的导热性能。
它的导热系数是铜的几倍，热导率可以达到2000W/m·K，使得石墨烯在热交换领域有着巨大的潜力。
石墨烯全热交换器是利用石墨烯的导热性能来实现高效热传递的设备。
通过将石墨烯薄片堆叠在一起形成多孔结构，使得热量能够快速传递到整个材料中。
石墨烯全热交换器具有高效、节能、轻便的特点，可以应用于空调、汽车发动机、电子器件等领域。
石墨烯全热交换器的优势主要体现在以下几个方面：1. 高导热性能：石墨烯具有出色的导热性能，可以实现快速的热传递，提高热交换效率。
2. 高机械强度：石墨烯的机械强度很高，能够承受较大的压力和张力，提高了全热交换器的使用寿命。
3. 轻便灵活：石墨烯是一种非常轻便的材料，可以大大减轻设备的重量，提高了设备的可携带性和安装灵活性。
4. 高温稳定性：石墨烯具有良好的高温稳定性，可以在高温环境下正常工作，不会发生变形或氧化。
二、长纤维在热交换中的应用长纤维是指长度大于直径的纤维材料，如玻璃纤维、碳纤维等。
长纤维具有优异的机械性能和导热性能，广泛应用于热交换领域。
长纤维热交换器是利用长纤维的导热性能和表面积大的特点来实现高效热传递的设备。
长纤维热交换器通常采用交错编织或堆叠的方式进行构建，形成复杂的通道结构，使热量能够充分传递到整个材料中。
长纤维热交换器的特点主要包括：1. 高导热性能：长纤维具有良好的导热性能，能够快速传递热量，提高热交换效率。
2. 大表面积：长纤维的表面积相对较大，可以增加热交换的接触面积，提高热传递效果。
石墨烯在纺织品当中的应用
石墨烯在纺织品当中的应用
石墨烯是一种新型的材料，具有很多优异的性能，如高强度、高导电性、高热导率等。
近年来，石墨烯在纺织品领域的应用也越来越广泛。
石墨烯可以用于制造高性能的纤维。
石墨烯纤维具有很高的强度和韧性，可以用于制造高强度的绳索、防弹衣等。
此外，石墨烯纤维还具有很好的导电性和热导率，可以用于制造智能纺织品，如智能服装、智能床垫等。
石墨烯可以用于制造抗菌纺织品。
石墨烯具有很强的抗菌性能，可以有效地抑制细菌的生长。
因此，将石墨烯添加到纺织品中，可以制造出具有抗菌功能的纺织品，如抗菌袜、抗菌床垫等。
石墨烯还可以用于制造防辐射纺织品。
石墨烯具有很好的电磁屏蔽性能，可以有效地防止电磁辐射对人体的危害。
因此，将石墨烯添加到纺织品中，可以制造出具有防辐射功能的纺织品，如防辐射服、防辐射窗帘等。
石墨烯在纺织品领域的应用前景广阔。
随着石墨烯技术的不断发展，相信石墨烯纺织品将会越来越普及，为人们的生活带来更多的便利和舒适。
石墨烯纤维是什么材料
石墨烯纤维是什么材料
石墨烯纤维是一种由石墨烯片层构成的新型纤维材料，具有极强的韧性和导电
性能。
石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶格结构，具有独特的物理和化学性质，因此其纤维也具有许多优异的特性。
首先，石墨烯纤维具有极强的拉伸强度和弹性模量，使其成为一种理想的结构
材料。
石墨烯的单层结构使得纤维在拉伸时能够充分发挥碳原子之间的共价键作用，从而表现出极高的强度。
同时，石墨烯纤维还具有优异的柔韧性，能够在弯曲和扭转等复杂应力下保持稳定的性能，这使得它在复杂工程结构中具有广泛的应用前景。
其次，石墨烯纤维具有优异的导电性能，能够有效传递电子和热量。
石墨烯的
二维结构使得其具有极高的电子迁移率和热传导率，这使得石墨烯纤维成为一种理想的导电材料。
在柔性电子器件和导电纺织品等领域，石墨烯纤维都具有广泛的应用前景。
此外，石墨烯纤维还具有优异的化学稳定性和耐磨性。
由于其特殊的分子结构，石墨烯纤维能够在极端的化学环境下保持稳定的性能，并且具有较强的耐磨性，这使得其在航空航天、汽车制造等领域具有广泛的应用前景。
总的来说，石墨烯纤维作为一种新型材料，具有极强的力学性能、优异的导电
性能和化学稳定性，具有广泛的应用前景。
随着石墨烯纤维制备工艺的不断进步和技术的不断创新，相信它将在材料科学和工程技术领域发挥越来越重要的作用。
石墨烯纤维研究报告
石墨烯调研报告〔石墨烯纤维〕碳纤维因其质量轻、机械强度大及性能稳定的特点在生活中被广泛使用。
但仍存在本钱高，脆性高等缺点。
石墨烯是一种由碳原子构成的单层蜂窝状构造的材料，是其他维度碳材料的构造根底。
石墨烯具有很多独特的性质，如高电子迁移率、高导热系数、良好的弹性和刚度等。
因此，将石墨烯组装为宏观的功能构造如纤维等，是实现石墨烯实际应用的重要途径。
近年来成功合成石墨烯纤维的例子及其在某些特别应用上发挥的重要作用激发了人们的争辩兴趣。
一维石墨烯纤维不仅是对二维薄膜和三维石墨烯块的补充，而且对纺织功能材料和器件的进展具有格外重要的作用。
本文中将对石墨烯纤维的争辩现状和进展进展综述和展望。
主要争辩石墨烯纤维的可把握备、功能性修饰及其在非传统器件〔如柔性纤维状驱动器、机器人、马达、光伏电池和超级电容器〕等方面的应用。
石墨烯纤维的制备1.1液晶相湿法纺丝法争辩觉察，可溶性氧化石墨烯片可以形成液晶相，呈现片状排列或螺旋构造，这使制备宏观石墨烯纤维成为可能。
这种液晶构造能够使氧化石墨烯在足够高的浓度下分散，适合高效分散成型。
高成明等用注射器将石墨烯分散液注射到质量分数为5%的氢氧化钠/甲醇溶液中，制成了均匀的氧化石墨烯纤维。
然后，承受氢碘酸化学复原的方法得到了石墨烯纤维。
尽管该方法制得的纤维强度有待提升，但这种湿法纺丝法具有大规模生产石墨烯纤维的潜能。
于虹等随后证明可以用氧化石墨烯悬浮液做为原料，流体纺丝后经化学复原制备石墨烯纤维，并提出了卷曲-折叠构造氧化石墨烯纤维的机理。
该湿法纺丝技术促进了石墨烯与其他有机、无机材料复合纤维的多功能化进展。
湿法纺丝制得的氧化石墨烯纤维拉伸强度相对较低，这与纤维轴向的氧化石墨烯层的内部排列有关。
为了解决这一问题，Tour 争辩组用大片氧化石墨烯〔平均直径22μm〕做为湿法纺丝的原料合成纤维。
结果说明，这样制得的纤维拉伸模量比之前的方法高出一个数量级，纤维具有100%的高打结率。
石墨烯纤维生产工艺
石墨烯纤维生产工艺
石墨烯纤维是一种具有极高强度和导热性能的纳米纤维材料，在材料科学领域具有广泛的应用前景。
下面我们将介绍一种石墨烯纤维的生产工艺。
首先，将石墨烯氧化物（GO）溶液制备出来。
石墨烯氧化物
可以通过机械剥离法、化学氧化法或气体氧化法等方法获得。
这些方法都可以将石墨材料剥离成单层的石墨烯，并在层间形成氧化物。
随后，将石墨烯氧化物加入到溶剂中，并进行超声处理和磁搅拌，使其均匀分散在溶液中。
接下来，将制备好的石墨烯氧化物溶液通过旋转镀膜的方法制备石墨烯氧化物薄膜。
在旋转镀膜过程中，溶液会均匀涂覆在旋转的基板上，并通过旋转的离心力使得石墨烯氧化物薄膜均匀地覆盖在基板上。
随后，将制备好的石墨烯氧化物薄膜进行热还原处理。
热还原处理过程中，石墨烯氧化物薄膜会被加热至高温，使得氧化物还原成石墨烯，并在退火的条件下形成纤维状结构。
同时，通过控制热还原处理的条件，可以调控石墨烯纤维的形貌和性能。
最后，将得到的石墨烯纤维进行后续处理。
后续处理可以包括纤维的表面修饰、复合材料的制备或者功能性改性等。
例如，可以通过化学修饰或者物理改性的方法，使得石墨烯纤维具有更好的耐热、耐腐蚀等性能，进而扩大其应用范围。
总之，石墨烯纤维的生产工艺主要包括石墨烯氧化物溶液的制
备、旋转镀膜、热还原处理和后续处理等步骤。
通过这些步骤，可以制备出具有极高强度和导热性能的石墨烯纤维，为其广泛应用提供了可能。
石墨烯纤维研究报告
石墨烯调研报告（石墨烯纤维）碳纤维因其质量轻、机械强度大及性能稳定的特点在生活中被广泛使用。
但仍存在成本高，脆性高等缺点。
石墨烯是一种由碳原子构成的单层蜂窝状结构的新材料，是其他维度碳材料的构造基础。
石墨烯具有很多独特的性质，如高电子迁移率、高导热系数、良好的弹性和刚度等。
因此，将石墨烯组装为宏观的功能结构如纤维等，是实现石墨烯实际应用的重要途径。
近年来成功合成石墨烯纤维的例子及其在某些特殊应用上发挥的重要作用激发了人们的研究兴趣。
一维石墨烯纤维不仅是对二维薄膜和三维石墨烯块的补充，而且对纺织功能材料和器件的发展具有十分重要的作用。
本文中将对石墨烯纤维的研究现状和发展进行综述和展望。
主要讨论石墨烯纤维的可控制备、功能性修饰及其在非传统器件（如柔性纤维状驱动器、机器人、马达、光伏电池和超级电容器）等方面的应用。
石墨烯纤维的制备1.1液晶相湿法纺丝法研究发现，可溶性氧化石墨烯片可以形成液晶相，呈现片状排列或螺旋结构，这使制备宏观石墨烯纤维成为可能。
这种液晶结构能够使氧化石墨烯在足够高的浓度下分散，适合高效凝结成型。
高成明等用注射器将石墨烯分散液注射到质量分数为5%的氢氧化钠/甲醇溶液中，制成了均匀的氧化石墨烯纤维。
然后，采用氢碘酸化学还原的方法得到了石墨烯纤维。
尽管该方法制得的纤维强度有待提升，但这种湿法纺丝法具有大规模生产石墨烯纤维的潜能。
于虹等随后证明可以用氧化石墨烯悬浮液做为原料，流体纺丝后经化学还原制备石墨烯纤维，并提出了卷曲-折叠构造氧化石墨烯纤维的机理。
该湿法纺丝技术促进了石墨烯与其他有机、无机材料复合纤维的多功能化发展。
湿法纺丝制得的氧化石墨烯纤维拉伸强度相对较低，这与纤维轴向的氧化石墨烯层的内部排列有关。
为了解决这一问题，Tour研究组用大片氧化石墨烯（平均直径22μm）做为湿法纺丝的原料合成纤维。
结果表明，这样制得的纤维拉伸模量比之前的方法高出一个数量级，纤维具有100%的高打结率。
石墨烯纤维是什么材料
石墨烯纤维是什么材料
石墨烯纤维是一种新型材料，具有许多优异的性能和广泛的应用前景。
石墨烯
是由碳原子通过特殊的结构方式形成的二维晶格，具有极强的韧性和导电性，因此其纤维也具有类似的特性。
石墨烯纤维的制备方法有多种，其中包括化学气相沉积法、机械剥离法、化学氧化还原法等。
这些方法可以制备出不同形态和性能的石墨烯纤维，满足不同领域的需求。
石墨烯纤维具有很高的拉伸强度和模量，可以用于制备高强度的复合材料。
与
传统的碳纤维相比，石墨烯纤维具有更好的导电性和导热性，可以应用于电子器件、传感器、导热材料等领域。
此外，石墨烯纤维还具有很高的比表面积和化学活性，可以用于储能材料、催化剂和吸附材料等方面。
石墨烯纤维的制备方法和性能调控是当前研究的热点之一。
通过不同的制备方法，可以得到不同形貌和结构的石墨烯纤维，如纳米片状、管状、丝状等。
这些不同形态的石墨烯纤维在材料性能和应用方面具有巨大的潜力，可以满足不同领域的需求。
在石墨烯纤维的性能调控方面，可以通过控制纤维的结构和表面功能化来实现。
例如，可以通过控制石墨烯层间的堆叠方式来调控纤维的导电性能；可以通过表面功能化来调控纤维的化学性质和界面相容性。
这些性能调控手段为石墨烯纤维的应用拓展提供了新的途径。
总的来说，石墨烯纤维是一种具有广泛应用前景的新型材料，具有优异的力学
性能、导电性能和化学活性。
通过不同的制备方法和性能调控手段，可以得到不同形态和性能的石墨烯纤维，满足不同领域的需求。
随着石墨烯纤维研究的深入，相信其在材料科学、电子器件、能源领域等方面会有更多的应用突破。
石墨烯增强尼龙6纤维的研究
石墨烯增强尼龙6纤维的研究一、本文概述随着科技的不断进步和新型材料的持续研发，石墨烯作为一种新兴的碳纳米材料，在多个领域都展现出了其独特的优势和应用潜力。
特别是当石墨烯与尼龙6纤维结合时，形成的石墨烯增强尼龙6纤维，不仅在力学性能、热稳定性、导电性等方面有所提升，还进一步拓宽了尼龙6纤维的应用范围。
本文旨在深入探讨石墨烯增强尼龙6纤维的制备工艺、性能表征以及潜在应用，以期为相关领域的研究和发展提供有益的参考和借鉴。
本文将首先介绍石墨烯和尼龙6纤维的基本特性，阐述二者结合的必要性和可能性。
接着，重点介绍石墨烯增强尼龙6纤维的制备方法，包括溶液共混法、熔融共混法、原位聚合法等，并对比分析各种方法的优缺点。
随后，通过对石墨烯增强尼龙6纤维的力学性能、热稳定性、导电性等方面的测试和分析，全面评估其性能表现。
还将探讨石墨烯增强尼龙6纤维在航空航天、汽车制造、电子信息、体育用品等领域的应用前景。
本文还将对石墨烯增强尼龙6纤维的研究现状进行总结，分析其面临的挑战和未来的发展趋势，以期为推动该领域的研究和发展提供有益的启示和思考。
二、石墨烯的制备与表征石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列形成的二维蜂窝状结构的纳米材料，因其优异的物理、化学和机械性能，在复合材料领域具有广泛的应用前景。
为了充分理解石墨烯对尼龙6纤维的增强效果，本研究首先对其制备和表征进行了详细探讨。
石墨烯的制备采用化学气相沉积法（CVD）。
在反应炉中放入镍箔作为催化剂，然后通入甲烷和氢气作为反应气体。
在高温下，甲烷分解的碳原子在镍箔表面形成单层石墨烯。
随着反应的进行，石墨烯在镍箔表面逐渐生长，形成连续且均匀的石墨烯薄膜。
待反应完成后，通过化学刻蚀法将石墨烯从镍箔上分离，得到自由悬浮的石墨烯。
为了确认石墨烯的形貌和结构，本研究采用了多种表征手段。
通过扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）观察石墨烯的微观形貌和厚度。
利用拉曼光谱（Raman spectroscopy）分析石墨烯的结构和层数。
石墨烯纤维发热原理
石墨烯纤维发热原理
石墨烯纤维发热的原理主要涉及到石墨烯的独特性质和导电特性。
首先，石墨烯是由一个层层堆叠的碳原子构成的二维材料，具
有极高的导电性和热导性。
这意味着电流和热量可以在石墨烯纤维
中快速传导。
当电流通过石墨烯纤维时，由于石墨烯的高导电性，电子在纤
维中迅速移动，产生大量的电子能量。
这些电子能量会转化为热能，使得石墨烯纤维发热。
此外，石墨烯纤维的高热导性也能够促使热量快速传导到纤维
表面，从而使整个纤维均匀发热。
石墨烯纤维发热的原理可以简单总结为电流通过石墨烯纤维时，由于石墨烯的高导电性和热导性，产生的电子能量转化为热能，使
得纤维发热。
总的来说，石墨烯纤维发热原理的核心是石墨烯的导电性和热
导性，通过电流通过纤维时产生的电子能量转化为热能，实现发热效果。
石墨烯mxene纤维 多级结构
石墨烯mxene纤维多级结构
石墨烯mxene纤维多级结构是当今材料科学领域备受关注的研究课题。
石墨烯mxene纤维结构的独特性和多功能性使其成为一种具有巨大应用潜力的新型材料。
石墨烯mxene纤维由石墨烯和mxene两种材料构成，其多级结构使其具有优异的导电性、机械性能和化学稳定性。
首先，石墨烯mxene纤维的多级结构赋予其优异的导电性。
石墨烯作为一种单层碳原子构成的二维材料，具有极高的电导率和导电性能。
而mxene作为一种具有丰富表面官能团的二维过渡金属碳化物，能够有效地增强材料的导电性。
将这两种材料结合成纤维状的多级结构，不仅能够充分利用石墨烯和mxene的导电特性，还能够通过多级结构的设计实现导电性能的进一步提升。
其次，石墨烯mxene纤维多级结构还具有优异的机械性能。
石墨烯的高强度和高韧性使其成为一种理想的增强材料，而mxene的多级结构能够有效地增强纤维的力学性能。
因此，石墨烯mxene纤维不仅具有优异的导电性能，还具有出色的机械性能，可以在柔性电子器件、智能纺织品等领域发挥重要作用。
最后，石墨烯mxene纤维多级结构还具有优异的化学稳定性。
石墨烯和mxene都具有良好的化学稳定性，能够在恶劣环境下保持良好的性能。
而多级结构的设计可以有效地增强材料的稳定性，使其能够在高温、高湿等恶劣条件下稳定工作。
综上所述，石墨烯mxene纤维多级结构具有优异的导电性能、机械性能和化学稳定性，是一种具有巨大应用潜力的新型材料。
随着对其研究的深入，相信石墨烯mxene纤维多级结构将在柔性电子器件、智能纺织品等领域发挥重要作用，为人类社会的发展带来新的机遇和挑战。
高应变石墨烯纱线的制备及其电化学性能
第３１卷㊀第５期２０２３年９月现代纺织技术ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｘｔｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ.３１ꎬＮｏ.５Ｓｅｐ.２０２３ＤＯＩ:１０.１９３９８∕ｊ.ａｔｔ.２０２３０２０４３高应变石墨烯纱线的制备及其电化学性能潘陈浩ꎬ石㊀磊ꎬ傅雅琴(浙江理工大学材料科学与工程学院ꎬ杭州㊀３１００１８)㊀㊀摘㊀要:为了制备具有高应变和良好电化学性能的纯石墨烯纤维组成的纱线ꎬ通过加捻法将石墨烯纤维制备成特定扭曲结构的石墨烯纱线ꎮ结果表明:柔性扭曲石墨烯纱线表现出优异的机械性能以及出色的电性能ꎬ随着股数和捻度的增加ꎬ断裂伸长率达到１１.３％ꎬ拉伸强度达到９０ＭＰａꎬ电导率达到５３.８Ｓ∕ｃｍꎮ利用石墨烯纱线进一步开发出石墨烯纱线超级电容器ꎬ所得到的石墨烯纱线超级电容器具有高比电容(４８.０６ｍＦ∕ｃｍ２)和长循环寿命(１００００次循环后电容值保持率为８５％~９０％)ꎮ这种简便㊁绿色的加捻策略为制备结构可控㊁高性能的石墨烯纱线作为宏观结构部件提供了一种新方法ꎬ有望在开发新型石墨烯基材料方面显示出广阔的应用前景ꎮ关键词:石墨烯纤维ꎻ高应变ꎻ加捻ꎻ超级电容器ꎻ电化学中图分类号:ＴＳ０５㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００９￣２６５Ｘ(２０２３)０５￣０１５７￣０８收稿日期:２０２３０２２８㊀网络出版日期:２０２３０４０３基金项目:国家重点研发计划政府间科技创新合作重点专项(２０１６ＹＦＥ０１２５９００)作者简介:潘陈浩(１９９７ )ꎬ男ꎬ江苏南通人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事功能材料方面的研究ꎮ通信作者:傅雅琴ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｆｙｑ０１＠ｚｓｔｕ.ｅｄｕ.ｃｎ㊀㊀自零维富勒烯㊁一维碳纳米管㊁二维石墨烯出现后ꎬ碳材料已成为目前材料科学领域的热点研究对象[１]ꎮ特别是由于石墨烯具有的出色物理㊁化学和电气性能[２]ꎬ在电学[３]㊁热学[４]㊁结构复合材料[５]和传感器[６]等方面具有良好的应用潜力ꎮ２００４年ꎬＮｏｖｏｓｅｌｏｖ等[７]在常温常压下首次成功制备了单层和少层石墨烯ꎮ其独特的二维晶体结构ꎬ优异的机械性能(即杨氏模量为１.０２ＴＰａ)[８]ꎬ卓越的透光性(即光吸收率为２.３％∕层)[９]ꎬ以及显著的电荷载流子迁移率(２００ꎬ０００ｃｍ２∕(Ｖｓ))[１０]ꎬ在先进材料和器件领域成为有力的候选者ꎮ从２０１１年高超教授团队成功利用湿法纺丝技术ꎬ将二维的石墨烯制备成宏观一维石墨烯纤维[１１]以来ꎬ石墨烯纤维在便携式和可穿戴电子产品领域日益受到期待ꎮ石墨烯纤维是沿一条主轴连续㊁紧密㊁有序地组装起来的一维石墨烯宏观结构[１２]ꎮ与传统的碳纤维和碳纳米管纤维相比ꎬ理想的石墨烯纤维可以提供更高的结构可定制性和多功能性ꎬ同时保持与碳纤维相当的机械和物理性能[１３]ꎮＸｕ等[１４]通过使用具有极高纵横比的巨型氧化石墨烯片材来形成液晶ꎮ制备的氧化石墨烯纤维具有较少的边缘缺陷ꎬ并且实现了氧化石墨烯片材的高度有序排列以制造高强度纤维ꎮ由于基础材料的限制和与湿法纺丝工艺相关的控制变化ꎬ所得到的石墨烯纤维总是缺乏结构的连续性和均匀性ꎬ是有限的结构调控以及性能优化ꎮ由于很难在挤出的氧化石墨烯溶液上施加扭转力ꎬ因此ꎬ湿纺得到的石墨烯纤维通常是直的ꎬ而不是扭曲的纤维ꎮ并且对于干燥的石墨烯纤维ꎬ其较低的断裂伸长率(断裂伸长率小于５％)ꎬ在进行大角度扭曲时ꎬ石墨烯纤维易断裂ꎬ影响其电化学的稳定性和在可穿戴领域的应用ꎮ因此ꎬ本文采用氧化石墨烯为原料ꎬ通过湿法纺丝以及加捻工艺ꎬ设计开发了可控扭曲结构的高应变石墨烯纱线ꎬ并对石墨烯纱线的机械性能㊁导电性能㊁电化学性能进行研究ꎬ以期制备具有高应变性能和优异电化学性能的石墨烯纱线ꎮ１㊀实㊀验１.１㊀实验原料氧化石墨烯(采用改进的Ｈｕｍｍｅｒｓ法制备ꎬ中国常州昂星科技发展公司)ꎻ无水氯化钙(ＣａＣｌ２ꎬ化学纯ꎬ杭州高晶精细化工有限公司)ꎻ无水乙醇(化学纯ꎬ杭州高晶精细化工有限公司)ꎻ氢碘酸(ＨＩꎬȡ４７％ꎬ上海阿拉丁试剂有限公司)ꎻ去离子水(实验室自制)ꎻ聚乙烯醇(ＰＶＡꎬ１７９９型ꎬ上海阿拉丁生化科技股份有限公司)ꎻ浓硫酸(Ｈ２ＳＯ４ꎬ分析纯ꎬ浙江汉诺化工科技有限公司)ꎮ１.２㊀实验仪器Ｈ２５００Ｒ型高速冷冻离心机(湖南湘仪离心机仪器有限公司)ꎬＭＥ２０３型电子天平(上海梅特勒￣托利多仪器有限公司)ꎬＹ３２１型手摇式捻度仪(中国绍兴沈氏有限公司)ꎬＬＳＰ０１￣１ＢＨ型注射泵(兰格恒流泵有限公司)ꎬＶＬＴＲＡ５５型场发射扫描电子显微镜(日本电子)ꎬＤＸ￣２７００型Ｘ射线衍射仪(丹东浩元仪器有限公司)ꎻ采用ＲｅｎｉｓｈａｗｉｎＶｉａ型Ｒａｍａｎ光谱仪(英国雷尼绍公司)ꎬＫＥＳ￣Ｇ１型多功能纤维拉伸仪(日本Ｋａｔｏ￣Ｔｅｃｈ公司)ꎬＫｅｉｔｈｌｅｙ６５１４型静电计(美国Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ公司)ꎬＣＨＩ６６０Ｅ型电化学工作站(上海辰华仪器有限公司)ꎮ１.３㊀试样制备１.３.１㊀氧化石墨烯纤维的制备首先ꎬ用高速冷冻离心机将质量分数为１％的氧化石墨烯分散液以１８０００ｒ∕ｍｉｎ的速度离心１２０ｍｉｎꎬ除去上清液ꎬ得到质量分数为３％的氧化石墨烯分散液装入５ｍＬ的注射器中ꎬ选用２５Ｇ的针头进行纺丝ꎮ采用质量分数为５％的ＣａＣｌ２溶液作为凝固浴ꎬ其中乙醇与水的比例为１ʒ３ꎮ注射泵的注射速度为１００μＬ∕ｍｉｎꎬ收集辊速度为１５ｍｍ∕ｓꎮ在纺丝过程中ꎬ通过红外灯进行干燥ꎮ制备出的氧化石墨烯凝胶纤维均匀收集在收集辊上(外径５５ｍｍ的四氟乙烯管)并浸入凝固浴３０ｍｉｎꎬ以达到最大溶剂双扩散作用ꎮ将收集的氧化石墨烯凝胶纤维在真空干燥箱中５０ħ干燥１２ｈꎬ然后用９５％的乙醇和去离子水反复清洗５次ꎬ以除去纤维表面多余的溶剂ꎬ之后在真空烘箱中５０ħ干燥１２ｈ得到氧化石墨烯纤维ꎮ１.３.２㊀扭曲氧化石墨烯纱线的制备通过控制捻度ꎬ获得扭曲角在３０ʎ~４５ʎ范围内可调节的加捻多股纱线(简称为ＴＧＯＹ)ꎮ具体来说ꎬ分别将３根㊁４根㊁５根氧化石墨烯纤维一端固定在手摇式捻度仪的卷曲装置上ꎬ摇动手柄ꎬ进行加捻ꎬ使三者的表观直径基本相同ꎮ将由３根㊁４根和５根加捻的氧化石墨烯纱线分别命名ＴＧＯＹ￣３㊁ＴＧＯＹ￣４和ＴＧＯＹ￣５ꎮ１.３.３㊀高应变石墨烯纱线的制备将得到的ＴＧＯＹ浸入４５％的ＨＩ中ꎬ在８０ħ下反应８ｈ进行还原后ꎬ再用９５％的乙醇和去离子水反复清洗５次ꎬ以除去纱线表面残余的ＨＩꎬ并在真空烘箱中５０ħ干燥２４ｈꎬ得到还原氧化石墨烯纱线(学界也常将还原氧化石墨烯纱线简称为石墨烯纱线)ꎬ简称为石墨烯纱线ꎬ命名ＴＲＧＯＹꎬ其中ꎬＴＧＯＹ￣３还原得到的ꎬ简称为ＴＲＧＯＹ￣３ꎬ依次类推ꎬ分别为ＴＲＧＯＹ￣４ꎬＴＲＧＯＹ￣５ꎮ制备流程如图１所示ꎮ图１㊀石墨烯纱线的制备流程Ｆｉｇ.１㊀Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｙａｒｎｓ８５１ 现代纺织技术第３１卷１.３.４㊀全固态高应变石墨烯纱线超级电容器的制备将５ｇＰＶＡ加入到２５ｍＬ去离子水中ꎬ在８０ħ磁力搅拌８ｈꎬ将ＰＶＡ溶解至透明ꎬ得到溶液Ａꎮ称取５ｇ浓Ｈ２ＳＯ４缓慢加入２５ｍＬ去离子水中ꎬ得到溶液Ｂꎬ再将溶液Ｂ在磁力搅拌作用下加入溶液Ａ中ꎬ形成最终的ＰＶＡ∕Ｈ２ＳＯ４凝胶电解质ꎮ分别将两根ＴＲＧＯＹ浸入ＰＶＡ∕Ｈ２ＳＯ４凝胶电解质１０ｍｉｎꎬ其中浸入部分为２５ｍｍꎬ未浸入部分为５ｍｍꎬ从电解质中取出在通风橱中自然风干２ｈꎬ反复３次ꎮ将两根涂有电解质的ＴＲＧＯＹ平行放置于载玻片上(两根纱线的间隙为５ｍｍ)ꎬ在纱线浸入部分涂敷ＰＶＡ∕Ｈ２ＳＯ４凝胶电解质ꎬ未浸入部分用导电银浆固定在铜箔上ꎮ得到全固态高应变石墨烯纱线超级电容器ꎮ１.４㊀测试与表征１.４.１㊀形貌与结构分析采用扫描电子显微镜在３.０ｋＶ的加速电压下对纱线表面行观察ꎮ采用Ｘ射线衍射仪在３５ｋＶ下使用单色ＣｕＫα１辐射(λ＝１.５４０６Å)对石墨烯纱线还原前后的化学结构进行分析表征ꎮ采用Ｒａｍａｎ光谱仪对纱线还原前后的微观结构进行表征ꎬ其中激光器波长为５３２ｎｍꎬ测试波数范围为１０００~３０００ｃｍ－１ꎮ１.４.２㊀力学性能测试采用多功能纤维拉伸仪对试样进行力学性能测试ꎬ试样夹持长度为５ｍｍꎬ通过坐标纸固定并置于纤维拉伸仪平台上ꎬ在恒温恒湿的(ＲＨ为６５％ʃ５％)环境下以５ｍｍ∕ｍｉｎ的加载速率进行拉伸试验ꎬ样本有效容量为６次ꎬ取平均值ꎮ１.４.３㊀导电性能测试采用静电计对试样的电阻值进行测试ꎬ纱线的电导率(σ)通过式(１)进行计算:σ＝ＬＲˑＳ(１)式中:σ为纱线的电导率ꎬＳ∕ｃｍꎻＳ为纱线的截面积ꎬｃｍ２ꎻＬ纱线的长度ꎬｃｍꎮ１.４.４㊀电化学性能测试在电化学工作站对试样进行电化学性能测试ꎮ采用二电极体系的循环伏安法测试(ＣＶ)ꎬ电压窗口从０.０５~０.８Ｖꎬ扫描速率范围为２０~１００ｍＶ∕ｓꎻ恒电流充放电测试(ＧＣＤ)ꎬ电流密度范围为０.４２５~２.１２３ｍＡ∕ｃｍ２ꎮ交流阻抗测试(ＥＩＳ)其中ＡＣ振幅为１０ｍＶꎬ低频段为０.１Ｈｚꎬ高频段为１ＭＨｚ的频率ꎮ根据ＣＶ曲线计算整个器件的比电容ꎬ计算如式(２):Ｃａ＝Ａｖˑｕˑｓ(２)式中:Ｃａ为面积比电容ꎬｍＦ∕ｃｍ２ꎬＡ为ＣＶ曲线的积分ꎻｖ为扫描速率ꎬｍＶ∕ｓꎻｕ为电压降ꎬＶꎻｓ为单根纱线的表面积ꎬｃｍ２ꎮ也可以根据ＧＣＤ曲线计算整个器件的比电容ꎬ计算如式(３):Ｃａ＝２ˑ(ｔ２－ｔ１)ˑＩｕˑｓ(３)式中:Ｃａ为面积比电容ꎬｍＦ∕ｃｍ２ꎻｔ２为循环放电结束时间ꎬｓꎻｔ１为循环放电开始时间ꎬｓꎻＩ为电流ꎬｍＡꎻｕ为电压降ꎬＶꎻｓ为单根纱线的表面积ꎬｃｍ２ꎮ为了表征石墨烯纱线超级电容器的柔性ꎬ分别将超级电容器弯曲９０ʎ和１８０ʎꎬ测定其在０ ４２５ｍＡ∕ｃｍ２电流密度下的ＧＣＤ曲线ꎮ２㊀结果与分析２.１㊀石墨烯纱线的形貌与结构图２是３㊁４㊁５股石墨烯纤维加捻成直径相同的石墨烯纱线(直径约为７５μｍ)ꎬ其对应的捻度约为３２㊁４７㊁９２ｔ∕ｃｍꎮ从图中２可以看出ꎬ随着捻度的增加ꎬ纱线的扭曲角度逐渐增加(从３０ʎ增加至４５ʎ)ꎮ纤维与纤维之间的间隙变得更加致密ꎮ图２㊀石墨烯纱线的扫描电镜照片Ｆｉｇ.２㊀ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆＴＲＧＯＹ９５１ 第５期潘陈浩等:高应变石墨烯纱线的制备及其电化学性能㊀㊀图３为ＴＧＯＹ与ＴＲＧＯＹ的ＸＲＤ谱图ꎬ可以看出ＴＧＯＹ在２θ为９.８ʎ处出现特定衍射峰ꎬ通过布拉格方程计算得出ＧＯ的层间距为８.５５Åꎬ这是由于含氧官能团以及Ｃａ＋的插入导致的ꎮ经过化学还原ꎬＴＲＧＯＹ样品在２θ为２４.１ʎ处出现一个衍射峰ꎬ此时ＴＲＧＯＹ样品中的石墨烯片层间距为３.６１Åꎬ这是由于部分含氧官能团的消除ꎬ说明ＧＯ被有效还原ꎬ层与层之间的相互作用增强[１５]ꎮＴＧＯＹ与ＴＲＧＯＹ的Ｒａｍａｎ谱图如图４所示ꎬ其中ＴＧＯＹ的Ｒａｍａｎ光谱分别在１５００ｃｍ－１和１３５３ｃｍ－１处代表Ｇ带和Ｄ带ꎮＧ带归因与石墨烯结构中存在的ｓｐ２碳原子的面内振动ꎬＤ带则是官能团的存在而导致材料中存在无序ꎮ在１５００ｃｍ－１和１３５３ｃｍ－１处ＴＲＧＯＹ的Ｒａｍａｎ光谱图也可以观察到Ｇ带和Ｄ带ꎮ与ＴＧＯＹ(０.８０５)相比ꎬＴＲＧＯＹ(１.４０８)表现出更高ＩＤ∕ＩＧ比值ꎬ表明ＴＲＧＯＹ中由于官能团的消失导致缺陷增加以及ｓｐ２结构域的数量增加[１６]ꎮ图３㊀ＴＧＯＹ与ＴＲＧＯＹ的ＸＲＤ图谱Ｆｉｇ.３㊀ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｏｆＴＧＯＹａｎｄＴＲＧＯＹ图４㊀ＴＧＯＹ与ＴＲＧＯＹ的Ｒａｍａｎ图谱Ｆｉｇ.４㊀ＲａｍａｎｐａｔｔｅｒｎｏｆＴＧＯＹａｎｄＴＲＧＯＹ２.２㊀石墨烯纱线的应变性能图５显示了ＴＲＧＯＹ的典型应力￣应变曲线ꎮ从图５中可以看出ꎬ在实验范围内ꎬ随着捻度增加ꎬ纱线的拉伸绝度增加的同时ꎬ断裂伸长率也增加ꎮＴＲＧＯＹ￣５的拉伸强度达到９０ＭＰａꎬ断裂伸长率高达１１.３％ꎮ显然了优异的高应变性能和柔韧性能ꎮ高应变性能源于ＴＲＧＯＹ的扭曲结构ꎬ高韧性可能源于在扭曲过程中形成更加紧凑的结构ꎮ图５㊀ＴＲＧＯＹ的应力￣应变曲线Ｆｉｇ.５㊀Ｓｔｒｅｓｓ￣ｓｔｒａｉｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｃｕｒｖｅｓｆｏｒＴＲＧＯＹ２.３㊀石墨烯纱线的导电性能图６显示的是石墨烯纱线的导电性能ꎬ从图６中可以看出ꎬ制备的石墨烯纱线均显示良好的导电性能ꎮ其中ꎬＴＲＧＯＹ￣５的电导率高达５３.８Ｓ∕ｃｍꎮ因此ꎬ制备出的ＴＲＧＯＹ石墨烯纱线ꎬ特别是ＴＲＧＯＹ￣５ꎬ不仅具备高应变性能和韧性ꎬ还表现出高导电性能ꎬ有望应用于下一代柔性超级电容器中ꎮ图６㊀ＴＲＧＯＹ的电导率Ｆｉｇ.６㊀ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆＴＲＧＯＹ０６１ 现代纺织技术第３１卷２.４㊀石墨烯纱线的电化学性能柔性ＴＲＧＯＹ全固态超级电容器的电化学电容性能通过ＣＶ㊁ＧＣＤ和ＥＩＳ进行评估ꎮ这些电化学性能均采用二电极系统进行测试ꎬ该系统非常接近真实电容器ꎮ图７分别显示从２０ｍＶ∕ｓ到１００ｍＶ∕ｓ的不同扫描速率下的典型ＣＶ曲线图ꎮ可以发现ꎬＴＲＧＯＹ￣３ꎬＴＲＧＯＹ￣４ꎬＴＲＧＯＹ￣５的ＣＶ的曲线均为变形矩形ꎬ没有明显的畸形ꎬ这与碳基电化学双层电容器的典型特性相吻合[１７]ꎬ可能是由于高导电性石墨烯网络以及纱线体内的致密结构ꎬ便于离子的快速传输ꎮ另外ꎬ随着扫描速率的增加ꎬＣＶ曲线的面积不断增加ꎬ表明电容的增加以及良好的电化学性能ꎮ进行ＧＣＤ测试进一步评估ＴＲＧＯＹ超级电容器的性能ꎮ图８分别显示了从０.４２５~２.１２３ｍＡ∕ｃｍ２的电流密度下的典型ＧＣＤ曲线图ꎮ不同电流密度下的充电曲线都保持近似与三角形形状且相对对称ꎬ表现出良好的电容行为ꎮ在０.４２５ｍＡ∕ｃｍ２电流密度下ꎬ相比于ＴＲＧＯＹ￣３(１０.６８ｍＦ∕ｃｍ２)和ＴＲＧＯＹ￣４(３５.２３ｍＦ∕ｃｍ２)ꎬＴＲＧＯＹ￣５可以产生４８.０６ｍＦ∕ｃｍ２的高比电容ꎬ并且在放电过程中ꎬＴＲＧＯＹ￣５拥有更长的放电时间以及更小的电压降ꎬ这主要归因于ＴＲＧＯＹ￣５结构中极高的电荷传输以及较小的电阻ꎮ为了研究纱线超级电容器的柔性ꎬ测试了柔性超级电容器在不同的弯曲角度(包括０ʎ㊁９０ʎ和１８０ʎ)下ＧＣＤ曲线ꎮ结果如图９所示ꎬ从图９中可以看出ꎬ进行９０ʎ和１８０ʎ弯曲时ꎬＧＣＤ曲线与没有弯曲的曲线基本重合ꎬ电化学性十分稳定ꎬ显示了制备的超级电容器良好的柔韧性ꎮ图７㊀ＴＲＧＯＹ在不同扫描速率下的ＣＶ曲线Ｆｉｇ.７㊀ＣＶｃｕｒｖｅｓｏｆＴＲＧＯＹａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃａｎｒａｔｅｓ图８㊀ＴＲＧＯＹ在０.４２５~２.１２３ｍＡ∕ｃｍ２电流密度下的ＧＣＤ曲线Ｆｉｇ.８㊀ＧＣＤｃｕｒｖｅｓｏｆＴＲＧＯＹａｔａｃｕｒｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｙｏｆ０.４２５~２.１２３ｍＡ∕ｃｍ２１６１第５期潘陈浩等:高应变石墨烯纱线的制备及其电化学性能㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图９㊀ＴＲＧＯＹ￣５弯曲状态下ꎬ在电流密度为０.４２５ｍＡ∕ｃｍ２时的ＧＣＤ曲线Ｆｉｇ.９㊀ＧＣＤｃｕｒｖｅｏｆＴＲＧＯＹ￣５ａｔａｃｕｒｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｙｏｆ０.４２５ｍＡ∕ｃｍ２ｕｎｄｅｒｂｅｎｄｉｎｇｓｔａｔｅ㊀㊀为了明确ＴＲＧＯＹ超级电容器的电化学稳定性以及实际应用的可行性ꎬ选用性能较优的ＴＲＧＯＹ￣５超级电容器ꎬ在０.４２５ｍＡ∕ｃｍ２的电流密度下进行１００００次充放电测试ꎬ结果如图１０ꎬ从图１０中可以看出ꎬ在经过１００００次循环测试后ꎬＴＲＧＯＹ超级电容器的电容值保持在８５％~９０％ꎬ展示了ＴＲＧＯＹ超级电容器反复循环充放电的优异稳定性能ꎮ采用交流阻抗谱(ＥＩＳ)对ＴＲＧＯＹ的固有电阻以及电荷转移电阻和电解质离子扩散过程进行分析ꎬ得到的奈奎斯特图如图１１所示ꎬ从图１１中可以看出ꎬＴＲＧＯＹ均显示了良好的电容特性ꎮ与ＴＲＧＯＹ￣３和ＴＲＧＯＹ￣４相比ＴＲＧＯＹ￣５具有更理想电容特性以及高效的电解质离子传输能力ꎮ图１０㊀ＴＲＧＯＹ５的恒流充放电长循环稳定性能Ｆｉｇ.１０㊀ＬｏｎｇｃｙｃｌｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＴＲＧＯＹ５ｗｉｔｈｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｃｈａｒｇｉｎｇａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ图１１㊀ＴＲＧＯＹ的奈奎斯特Ｆｉｇ.１１㊀ＮｙｑｕｉｓｔｄｉａｇｒａｍｏｆＴＲＧＯＹ综上所述ꎬ利用湿法加捻ꎬ对一定股数的氧化石墨烯纤维进行适当加捻ꎬ通过还原后ꎬ可以得到高应变的石墨纱线ꎬ该纤维不但具有高应变性能ꎬ而且具有良好的导电性能和优异的电化学性能ꎮ３㊀结㊀论本文采用湿法纺丝工艺制备均匀结构的石墨烯纤维ꎬ再结合简单的加捻和还原工艺ꎬ制备高应变石墨烯纱线ꎮ对石墨烯纱线的微观结构和化学结构进行分析ꎬ并对其力学性能和导电性能进行研究ꎮ在此基础上ꎬ将石墨烯纱线组装成柔性纤维性超级电容器ꎬ并对其进行电化学性能分析ꎮ结论如下:ａ)随着捻度的增加ꎬ纱线的扭曲角度逐渐增加２６１ 现代纺织技术第３１卷(从３０ʎ增加至４５ʎ)ꎮ石墨烯纱线的纤维与纤维之间的间隙变得更加致密ꎮｂ)石墨烯纱线具有高应变以及高电导率ꎮ随着捻度和股数的增加ꎬ石墨烯纱线的拉伸强度达到９０ＭＰａꎬ断裂伸长率达到１１.３％ꎬ电导率达到５３.８Ｓ∕ｃｍꎮ显示制备的石墨烯纱线具有高应变性能ꎮｃ)制备的高应变的石墨烯纱线具有４８.０６ｍＦ∕ｃｍ２的高比电容和优异的循环稳定性ꎮ在０.４２５ｍＡ∕ｃｍ２的电流密度下进行１００００次充放电测试ꎬ电容值保持在８５％~９０％ꎬ展现纱线优异的循环稳定性ꎮ参考文献:[１]ＤＥＶＯＬＤＥＲＭＦꎬＴＡＷＦＩＣＫＳＨꎬＢＡＵＧＨＭＡＮＲＨꎬｅｔａｌ.Ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ:Ｐｒｅｓｅｎｔａｎｄｆｕｔｕｒｅｃｏｍｍｅｒｃｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].Ｓｃｉｅｎｃｅꎬ２０１３ꎬ３３９(６１１９):５３５￣５３９. 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[７]ＮＯＶＯＳＥＬＯＶＫＳꎬＧＥＩＭＡＫꎬＭＯＲＯＺＯＶＳＶꎬｅｔａｌ.Ｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｅｆｆｅｃｔｉｎａｔｏｍｉｃａｌｌｙｔｈｉｎｃａｒｂｏｎｆｉｌｍｓ[Ｊ].Ｓｃｉｅｎｃｅꎬ２００４ꎬ３０６(５６９６):６６６￣６６９.[８]ＬＥＥＣＧꎬＷＥＩＸＤꎬＫＹＳＡＲＪＷꎬｅｔａｌ.Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｉｎｔｒｉｎｓｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｍｏｎｏｌａｙｅｒｇｒａｐｈｅｎｅ[Ｊ].Ｓｃｉｅｎｃｅꎬ２００８ꎬ３２１(５８８７):３８５￣３８８. [９]ＮＡＩＲＲＲꎬＢＬＡＫＥＰꎬＧＲＩＧＯＲＥＮＫＯＡＮꎬｅｔａｌ.Ｆｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｎｓｔａｎｔｄｅｆｉｎｅｓｖｉｓｕａｌｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ[Ｊ].Ｓｃｉｅｎｃｅꎬ２００８ꎬ３２０(５８８１):１３０８.[１０]ＢＯＬＯＴＩＮＫＩꎬＳＩＫＥＳＫＪꎬＪＩＡＮＧＺꎬｅｔａｌ.Ｕｌｔｒａｈｉｇｈｅｌｅｃｔｒｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｉｎｓｕｓｐｅｎｄｅｄｇｒａｐｈｅｎｅ[Ｊ].ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２００８ꎬ１４６(９∕１０):３５１￣３５５. [１１]ＸＵＺꎬＧＡＯＣ.Ｇｒａｐｈｅｎｅｃｈｉｒａｌｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｓａｎｄｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃａｓｓｅｍｂｌｅｄｆｉｂｒｅｓ[Ｊ].ＮａｔｕｒｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２０１１ꎬ２(１):１￣９.[１２]ＣＨＥＮＧＹꎬＷＡＮＧＫꎬＱＩＹꎬｅｔａｌ.Ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｇｒａｐｈｅｎｅｆｉｂｅｒｍａｔｅｒｉａｌｓ[Ｊ].ＡＣＴＡＰｈｙｓｉｃｏＣｈｉｍｉｃａＳｉｎｃａꎬ２０２０ꎬ３８(２):２００６０４６. [１３]ＸＩＡＮＧＣＳꎬＹＯＵＮＧＣＣꎬＷＡＮＧＸꎬｅｔａｌ.Ｌａｒｇｅｆｌａｋｅｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅｆｉｂｅｒｓｗｉｔｈｕｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ１００％ｋｎｏｔｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｈｉｇｈｌｙａｌｉｇｎｅｄｓｍａｌｌｆｌａｋｅｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅｆｉｂｅｒｓ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１３ꎬ２５(３３):４５９２￣４５９７.[１４]ＸＵＺꎬＳＵＮＨＹꎬＺＨＡＯＸＬꎬｅｔａｌ.Ｕｌｔｒａｓｔｒｏｎｇｆｉｂｅｒｓａｓｓｅｍｂｌｅｄｆｒｏｍｇｉａｎｔｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅｓｈｅｅｔｓ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１３ꎬ２５(２):１８８￣１９３. [１５]ＴＲＡＮＮＴＴꎬＬＩＮＳＹꎬＬＩＮＣＹꎬｅｔａｌ.ＧｅｏｍｅｔｒｉｃａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＧｒａｐｈｅｎｅ￣ＲｅｌａｔｅｄＳｙｓｔｅｍｓ:ＣｈｅｍｉｃａｌＢｏｎｄｉｎｇＳｃｈｅｍｅｓ[Ｍ].ＢｏｃａＲａｔｏｎ:ＣＲＣＰｒｅｓｓꎬ２０１８.[１６]ＷＡＮＧＲꎬＸＵＺꎬＺＨＵＡＮＧＪＨꎬｅｔａｌ.Ｈｉｇｈｌｙｓｔｒｅｔｃｈａｂｌｅｇｒａｐｈｅｎｅｆｉｂｅｒｓｗｉｔｈｕｌｔｒａｆａｓｔｅｌｅｃｔｒｏｔｈｅｒｍａｌｒｅｓｐｏｎｓｅｆｏｒｌｏｗ￣ｖｏｌｔａｇｅｗｅａｒａｂｌｅｈｅａｔｅｒｓ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１７ꎬ３(２):１６００４２５.[１７]ＪＩＨＸꎬＺＨＡＯＸꎬＱＩＡＯＺＨꎬｅｔａｌ.Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｏｆｃａｒｂｏｎ￣ｂａｓｅｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｄｏｕｂｌｅ￣ｌａｙｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ[Ｊ].ＮａｔｕｒｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２０１４ꎬ５(１):１￣７.３６１第５期潘陈浩等:高应变石墨烯纱线的制备及其电化学性能４６１ 现代纺织技术第３１卷ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｈｉｇｈｓｔｒａｉｎｇｒａｐｈｅｎｅｙａｒｎｓｗｉｔｈｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓＰＡＮＣｈｅｎｈａｏꎬＳＨＩＬｅｉꎬＦＵＹａｑｉｎ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＺｈｅｊｉａｎｇＳｃｉ￣ＴｅｃｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＨａｎｇｚｈｏｕ３１００１８ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｍａｒｔｗｅａｒａｂｌｅｉｎｄｕｓｔｒｙ ｔｈｅｒｅｉｓａｇｒｏｗｉｎｇｄｅｍａｎｄｆｏｒｆｌｅｘｉｂｌｅｅｎｅｒｇｙｓｕｐｐｌｙｄｅｖｉｃｅｓａｎｄｈｕｍａｎｍｏｖｅｍｅｎｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅｓｗｉｔｈｅｘｃｅｌｌｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｃａｌｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ.Ｇｒａｐｈｅｎｅｆｉｂｅｒｓａｒｅｏｆｇｒｅａｔｉｎｔｅｒｅｓｔｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｗｏｒｋｅｒｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｒｇｒｅａｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｉｎａｒｅａｓｓｕｃｈａｓｓｅｎｓｏｒｓ ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ ａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃｈｅａｔｉｎｇ.Ｈｏｗｅｖｅｒ ｉｎｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｒｅｐｏｒｔｓ ｇｒａｐｈｅｎｅ￣ｂａｓｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓａｓｍａｃｒｏ￣ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｈａｄｌｏｗｓｔｒａｉｎ.Ｆｏｒｔｈｉｓｐｕｒｐｏｓｅ ｓｏｍｅｓｃｈｏｌａｒｓｈａｖｅｃｏｍｐｏｕｎｄｅｄｇｒａｐｈｅｎｅｗｉｔｈｏｔｈｅｒｆｉｂｅｒｓｔｏｐｒｅｐａｒｅｇｒａｐｈｅｎｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｉｂｅｒｓ.Ａｌｔｈｏｕｇｈｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｇｇｒａｐｈｅｎｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｉｂｅｒｓａｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄｉｎｓｔｒａｉｎ ｔｈｅｙｏｆｔｅｎｌａｃｋｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｏｒｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ.Ｔｈｉｓａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｗｅａｒａｂｌｅａｎｄｏｔｈｅｒｆｉｅｌｄｓｒｅｑｕｉｒｉｎｇｈｉｇｈｓｔｒａｉｎ.Ｔｏｐｒｅｐａｒｅｐｕｒｅｇｒａｐｈｅｎｅｆｉｂｅｒｓｗｉｔｈｈｉｇｈｓｔｒａｉｎａｎｄｈｉｇｈｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｗｅｐｒｅｐａｒｅｄｇｒａｐｈｅｎｅｆｉｂｅｒｓｗｉｔｈｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｔｅｘｔｕｒｅｂｙｗｅｔ￣ｓｐｉｎｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄｔｈｅｎｍａｄｅｔｈｅｍｉｎｔｏｇｒａｐｈｅｎｅｙａｒｎｓｗｉｔｈｄｅｎｓｅｔｗｉｓｔｅｄｌａｙｅｒｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｙｔｈｅｔｗｉｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ.Ｔｈｅｎ ｗｅｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｙａｒｎｓ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｅｌｏｎｇａｔｉｏｎａｔｂｒｅａｋｒｅａｃｈｅｓ１１.３％ｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｒｅａｃｈｅｓ９０ＭＰａ ａｎｄｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｒｅａｃｈｅｓ５３.８Ｓ∕ｃｍ.Ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ ｔｈｅｇｒａｐｈｅｎｅｙａｒｎｓｗｅｒｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｉｎｔｏｆｌｅｘｉｂｌｅｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ.Ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｏｂｔａｉｎｅｄｙａｒｎｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓｈａｖｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ.Ｔｈｅｄｅｎｓｅｙａｒｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｃｏｎｄｕｃｉｖｅｔｏｔｈｅｒａｐｉｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｉｏｎｓｗｉｔｈｉｎｔｈｅｙａｒｎａｎｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ.Ｔｈｅｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓｈａｖｅｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ４８.０６ｍＦ∕ｃｍ２ａｎｄａｌｏｎｇｃｙｃｌｅｌｉｆｅｗｉｔｈｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｒｅｔｅｎｔｉｏｎｏｆ８５％~９０％ｏｆａｆｔｅｒ１０ ０００ｃｈａｒｇｅ￣ｄｉｓｃｈａｒｇｅｃｙｃｌｅｓ .Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｐａｒｅｄｇｒａｐｈｅｎｅｙａｒｎｈａｓｈｉｇｈｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｇｏｏｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ.Ｔｈｅｇｒａｐｈｅｎｅｙａｒｎｓｗｉｔｈｔｗｉｓｔｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐｒｅｐａｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｈａｖｅｈｉｇｈｓｔｒａｉｎａｎｄｅｘｃｅｌｌｅｎｔｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｒｅａｐｐｌｉｃａｂｌｅｔｏｓｕｃｈｆｉｅｌｄｓａｓｆｌｅｘｉｂｌｅｓｅｎｓｏｒｓａｎｄｆｉｂｅｒｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ ａｎｄｈａｖｅｇｒｅａｔｐｒｏｍｉｓｅｉｎｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄｗｅａｒａｂｌｅｄｅｖｉｃｅｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｇｒａｐｈｅｎｅｆｉｂｅｒｓ ｈｉｇｈｓｔｒａｉｎ ｔｗｉｓｔｉｎｇ ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ。
石墨烯纤维应用调研报告
石墨烯调研报告（石墨烯纤维应用）1.新型功能纤维石墨烯纤维的柔性使其可以被编织成各种宏观自支撑的编织物（图3）或掺到棉纺织物中，具有良好的导电性以用在电子纺织物上。
同时可以根据需要制成各种特殊形状的器件，如可伸缩的弹簧，透明、导电复合膜等。
因为石墨烯纤维具有很好的导电性和高的弹性，可以用在柔性导线上。
Gao 等证明银掺杂石墨烯纤维可拉伸150%。
即便在通电情况下，伸缩过程也不会对纤维结构造成破坏。
2.石墨烯纤维驱动器能够快速、可逆地响应环境刺激，并具有形状可控能力的智能材料日益受到关注。
以石墨烯为基础的材料显示出很多适合于驱动器的性能。
与碳纤维相比，石墨烯纤维弹性好，易编织，质量轻并且更容易被修饰的特点。
这使得石墨烯纤维在非传统的柔性器件中具有更大的应用优势。
最近，制成了具有双层结构的石墨烯/聚吡咯（PPy）电化学纤维驱动器。
用其可制成多臂的镊子和网状驱动器，这些驱动器将在生物研究等领域有很大的应用前景。
Qu课题组用激光定位还原氧化石墨烯纤维的方法制成了石墨烯/氧化石墨烯（G/GO）不对称纤维。
G/GO 纤维对湿度非常敏感。
在潮湿环境中显示出复杂的、可控的并能按预期发展的形变。
进而用G/GO纤维可以制作概念性的新型纤维行走机器人，可以在两个载玻片之间移动。
原理上，这个概念型机器人的行走速度可以通过调整相对湿度的交替周期和器件的长度来加快。
3.石墨烯纤维马达常规的石墨烯纤维中，石墨烯片往往沿着纤维方向排列。
将刚纺出的氧化石墨烯纤维水凝胶进行旋转加工，就获得螺旋的石墨烯纤维，见图4（a）。
由于含氧官能团的存在，在一定湿度下，氧化石墨烯发生水分子的吸附与脱附现象，造成石墨烯层间可逆的膨胀与收缩，从而诱发纤维的旋转运动，成为石墨烯马达。
因此，当相对湿度交替变化时，螺旋型氧化石墨烯纤维能够发生可逆的旋转，见图4（b）。
最大旋转速度可达到5190 r·min-1。
这种扭转石墨烯纤维（TGF）可以用作新型的湿度开关。
石墨烯纤维的前世今生！听浙江大学高超团队讲述
石墨烯纤维的前世今生！听浙江大学高超团队讲述近期，浙江大学高超老师团队应邀在国际材料学领域顶级期刊《先进材料》（Advanced Materials）发表题为'A Review on GrapheneFibers: Expectations, Advances, and Prospects '的综述。
高超团队在综述中从四个角度呈现了石墨烯纤维的特点：制备技术、形态控制、结构与性能的关系以及结构功能一体化。
背景介绍图1. 碳质纤维的发展历程石墨烯纤维是由石墨烯片沿一维方向宏观组装而成的新型碳质纤维。
碳质纤维的发展可以追溯到1860年，彼时斯旺和爱迪生先后将碳丝密封起来，利用碳丝的导电性能和灰体辐射的原理制备出人类历史上最早的电灯泡。
100年后，日本的近藤昭男等人开始了碳纤维的研发，作为一种具有极高机械强度和模量的高性能纤维，碳纤维在承重和复合材料等领域发挥着重要的作用。
2002年，清华大学范守善院士提出了将碳纳米管作为基本单元组装宏观碳质纤维的理念，并利用干法牵伸的技术成功得到宏观连续的碳纳米管纤维。
碳纳米管纤维继承了碳纳米管良好的传导性能，且具有极佳的柔性。
2011年，浙江大学高超教授利用湿法纺丝的技术制备出宏观连续的石墨烯纤维。
不同于以往的碳质纤维，石墨烯纤维的构筑基元是具有良好的导电、导热、机械强度等性能的二维晶体石墨烯，纤维的内部结构三维有序、致密均一，有潜力将碳质纤维的性能推向一个新阶段。
4A、6T、4M和X-uses图2. 石墨烯纤维的眼图高超教授团队用一张眼图从四个方面枚举了石墨烯纤维的特点。
从制备技术上看，石墨烯纤维展现出四大优势（4 advantages）：可以批量生产的氧化石墨烯原料；氧化石墨烯自发形成的液晶结构；氧化石墨烯原丝的自融合和自愈合能力；种类多样且成本低廉的还原方法。
从形态上看，通过调控纺丝的工艺可以得到六种形态的石墨烯纤维：实心柱状、带状、中空、螺旋状、多孔和核壳结构。
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高性能石墨烯纤维
作者：
来源：《科学中国人》2016年第09期
浙江大学高分子系教授高超研究团队在石墨烯纤维的规模化制备及高性能化等方面的研究发表于《先进材料》。
文章提出了“全尺度协同缺陷工程”策略，实现了高性能石墨烯纤维的规模化制备，所得石墨烯纤维直径最细可达1.6 μm（约为头发丝的1%～2%），力学强度最高可达2.2GPa，导电率达到8×105 S/m，代表了石墨烯纤维目前最高的性能水平。
进一步采用“化学掺杂”方法，将氯化铁、溴、钾等物质引入到石墨烯纤维内部，得到掺杂的石墨烯纤维能显著提高载流子浓度，使其导电率有了数量级的提升。
另外，由于石墨烯纤维的密度远低于金属，其比导电率（导电率与密度的比值）约是镍的8倍、铜的2倍，并与铝相当。