传统碳纤维主要是由聚丙烯腈纤维和沥青纤维经过高温热处理制备得到，两者在高温热解过程中会分别融合形成微小的石墨烯微晶。这些较小的石墨微晶间形成了众多电子和声子的散射，导致传统碳纤维在传导性方面有所欠缺。石墨烯具有优异的力学、电学和热学性能，被认为是一种理想的结构功能一体化材料构筑基元。但是，石墨烯纤维在纺丝成型过程中，石墨烯片会严重起皱，导致片片堆积疏松、片间作用力减弱、晶区尺寸不大，因此，其性能仍有待提升。
有鉴于此，浙江大学高超教授、许震教授与清华大学马维刚教授等人，提出了一种制备同时具有高机械强度和高导电性/导热性的石墨烯纤维的塑化纺丝策略。
本文要点
1）利用溶剂插层塑化效应对初生的氧化石墨烯纤维进行二次塑化拉伸，有效消除了石墨烯原丝中的无规褶皱结构。经过后续高温热处理，沿纤维轴向平直排列的石墨烯大大促进了石墨烯择优取向的结晶生长，得到高取向度和大尺寸石墨微晶的石墨烯纤维。
2）通过在相邻的氧化石墨烯片中插入适当的增塑剂，将层间空间从1.2 nm调整到1.8 nm，氧化石墨烯纤维可变形塑性提高580%。这种塑化纺丝使石墨烯随机褶皱变平，并调节有序和堆积密度高的薄片，从而形成大的结晶域。
3）石墨烯纤维取向度可达92%，石墨微晶尺寸达174.3 nm，远大于传统碳纤维内部微晶尺寸。高取向与大晶体的结合使得石墨烯纤维兼具高强度（3.4 GPa）、优异的电学（1.19×106S/m）和热学传导性（1480 W/m K）。
总之，该工作提供了一种制备结构功能一体化石墨烯纤维的新思路。
参考文献：
Peng Li et al. Highly Crystalline Graphene Fibers with Superior Strength and Conductivities by Plasticization Spinning. Advanced Functional Materials, 2020.
DOI: 10.1002/adfm.202006584
https://doi.org/10.1002/adfm.202006584
本文来自纳米人，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
