中原工学院《Carbon》：“莲藕”状石墨烯/ANFs复合纤维，用于多功能纺织品

成果简介

具有电磁屏蔽和高导热性能的纺织品是非常有价值的材料。石墨烯因其出色的导热性和导电性被认为是最佳候选材料。然而，石墨烯也面临着一个挑战，那就是石墨烯层之间的强相互作用容易聚合，影响机械性能。目前，对石墨烯进行接枝改性可以有效改善其在溶剂中的分散性。本文，中原工学院Pengju Han、Jianxin He等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“RGO/ANFs composite fibers with dual functions of thermal conductivity and electromagnetic shielding of lotus root structure based on sol-gel wet spinning”的论文，研究采用石墨烯和芳纶纳米纤维（ANF）为原料，通过溶胶-凝胶湿法纺丝制备了具有 “莲藕 “结构的高取向复合纤维。还原氧化石墨烯（RGO）/ANFs 复合纤维（50RGO/ANF-Ca2+-0.5）表现出优异的拉伸断裂强度（304.05MPa）。

单根纤维的轴向热导率为 30.42 W/(m-K)，这是由于其沿轴向高度取向的结构和内部致密的三维网络结构。热红外成像显示，50RGO/ANF-Ca2+-0.5 织物在人体皮肤上的表面温度比商用棉织物高 1.1 °C，具有更显著的散热能力。50RGO/ANF-Ca2+-0.5 织物的电磁屏蔽效率高达 49.8 dB。通过这种低成本制备方法获得的复合纤维赋予了纺织品导热和电磁屏蔽的双重功能，在新兴纺织品中具有广泛的应用前景。

图文导读

图1.溶胶-凝胶湿法纺丝法制备RGO/ANFs复合纤维.

图2.（a） ANF的FESEM图像。（b） ANFs的TEM图像。（c） ANF的XRD图谱。（d） GO的AFM图像。（e） GO-561的AFM图像。（f） GO和GO-561的厚度和横向尺寸。（g） GO粉末、GO-561粉末、ANF溶液和GO-561/ANF溶液的FTIR光谱。（H-J）GO-561/ANF 溶液的 SEM 图像和相应的EDS分析。

图3.凝固交联后GO-561/ANF的剖面（a）、低倍率截面（b）和高倍率横截面（c）的FESEM图像。GO-561/ANF 的剖面 （d）、低倍率横截面 （e） 和高倍率横截面 （f） 的 FESEM 图像。干燥后GO-561/ANF的轮廓（g）、低倍率部分（h）和高倍率部分（i）的FESEM图像。缩小的RGO/ANF的剖面（j）、低倍率横截面（k）和高倍率横截面（l）的FESEM图像。

图4、 RGO/ANFs复合纤维的机械性能

图5、RGO/ANF-Ca²⁺-0.5复合纤维的导热性

图6、 RGO/ANF-Ca²⁺-0.5 复合纤维的电磁屏蔽性能

小结

本研究提出了一种基于溶胶-凝胶湿法纺丝的RGO/ANFs复合纤维制备方法。使用SI-561对GO进行改性，以提高其在 DMAc 中的分散性。采用相对环保的 DMAc/LiCl 一步法自组装制备了大量平均直径约为 30 nm 的 ANF。当 RGO 含量增加到 50 wt% 时，其Ca2+交联后的拉伸强度可达 304.05 MPa，并获得了类似于 “莲藕 “的高取向三维网络结构，形成了有效的导热路径和电磁波传导路径。复合纤维的单轴向导热系数为30.42 W/(m-K)，表现出优异的导热性能。热红外成像结果表明，50RGO/ANF-Ca2+-0.5织物的散热性能优于商用棉织物。50RGO/ANF-Ca2+-0.5纺织品的电磁屏蔽效率高达49.8 dB，在实现高温局部微环境热控制的同时屏蔽电磁波污染，对人体健康意义重大。此外，这种溶胶-凝胶湿法纺丝方法能够实现大规模生产，在多功能纺织品领域具有广阔的应用前景。

文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119142