科研进展

本文系统综述了湿法纺丝制备石墨烯纤维的关键步骤，重点讨论了制备技术与石墨烯纤维结构之间的关系。论述了提升纤维性能的相关策略，综述了石墨烯纤维在功能/智能纤维领域应用。并对提升石墨烯纤维耐热性、导热性、导电性等性能的关键问题进行总结阐述，最后总计并展望了石墨烯纤维在超轻导线、可穿戴储能、传感、生物电极等领域的发展前景。

一种有前景的解决方案，包括使用一种由小沸石晶体制成的膜，膜上包裹着带有纳米尺度孔(纳米窗)的胶体石墨烯片。目标气体通过纳米窗口渗透并进入石墨烯和沸石晶体表面之间的界面空间。由于石墨烯结构中密集的碳原子，石墨烯-石墨烯之间的吸引力相互作用在每千克中最强。因此，石墨烯包裹的沸石颗粒，通过面对面和/或通过范德华相互作用的边共享接触相互粘附，通过简单的压缩方法提供无裂纹的膜。凹凸不平的沟槽结构的沸石晶面，提供了石墨烯-沸石界面空间，可根据气体的分子大小筛分气体。

有鉴于此，近日，美国麻省理工学院Dirk Englund等通过结合分裂栅极型光热电石墨烯光电探测器的硫化物玻璃-CaF2 PIC架构克服了这些挑战。本文的设计将工作扩展到λ=5.2 μm，约翰逊噪声限制噪声等效功率为1.1 nW/Hz1/2，光响应在高达f=1 MHz时没有衰减，预测的3-dB带宽为f3dB>1GHz。这种中红外PIC平台很容易扩展到更长的波长，并为从分布式气体传感和便携式双梳光谱到耐候性自由空间光通信的应用打开了大门。

来自深圳大学的陈光明教授团队首次报道了一种结构简单、自供电的热电可穿戴设备，他们将还原氧化石墨烯PEDOT:PSS导电聚合物复合材料(rGO/rPEDOT:PSS)作为热电设备的传感元件。由于rGO/rPEDOT:PSS的优异热电性能和机械稳定性，热电可穿戴设备在运动监测中表现出出色的传感性能。结合优化的算法，该热电可穿戴设备实现了手部动作的精准识别，平均识别准确率达到90%以上。

系统评述了石墨烯基材料在电磁屏蔽和吸波领域的应用，总结了石墨烯基电磁功能材料多尺度设计策略，包括分子尺度、微纳尺度、宏观尺度以及多尺度组装设计策略，这些策略对于指导设计高性能电磁屏蔽和吸波材料具有重要意义。此外，综述了石墨烯宏观组装材料在电磁屏蔽和吸波领域的最新研究进展。最后，对这一快速发展领域当前的挑战和未来的方向进行了预测和讨论。

曹茂盛课题组将磁性铁酸镍与具有丰富电介质基因的石墨烯相结合，作为兼并电磁吸波和电磁屏蔽特性的多功能材料。柔性石墨烯互相搭叠，构建局域电导网络改善电子输运特性的同时，提供丰富的缺陷和官能团，产生多重极化弛豫，优化复合材料的介电常数。通过磁共振和磁涡流，磁性铁酸镍提供的磁损耗能力进一步加强电磁特性，增强复合材料的电磁波衰减能力。

本文综述了烯碳纤维基能源器件包括能量转换和储能器件等的研究和应用进展，具体介绍了烯碳纤维基太阳能电池、湿气发电机、热电发电机、超级电容器以及电化学电池等的最新成果，重点讨论了烯碳纤维基能源器件的制备方法和可穿戴应用，分析了烯碳纤维基储能及能量转换器件面临的问题和挑战，期望能够为未来高性能纤维基可穿戴能源器件的发展提供有价值的研究思路。

电子器件小型化、集成化发展影响着高分子复合材料转向多功能化研究。在聚合物中构建连续的三维功能网络，已被证明是能够实现复合材料多功能提升的有效策略。上海大学丁鹏研究员课题组通过简便的软模板-分散浸涂法，构建出连续的MXene/石墨烯功能网络，获得的复合材料同时具有出色的电磁干扰屏蔽(EMI SE为43.3 dB)和热管理性能(导热增强率为1118%)，并且表现出优化的相变(相对焓效率多次循环后保持在83%)、动态热响应行为(储能模量约为6240 MPa)和机械性能(杨氏模量提升4倍)。这种制备方法在实现材料多功能化的同时，也具有能够实现大尺度设计、样品定制、易于规模化的独特优势。

本文开发了一种利用单层石墨烯加热器的非易失性电可重构硅光子平台，其具有高能效和耐用性。本文展示了基于成熟技术的相变材料（PCM）Ge2Sb2Te5的宽带开关和采用新兴的低损耗PCM Sb2Se3的移相器。石墨烯辅助的光子开关表现出超过1000个循环的耐久性和8.7 ± 1.4 aJ nm-3的编程能量密度，即在PCM热力学开关能量极限(~1.2 aJ nm-3)的数量级内，与现有技术相比，开关能量至少降低了20倍。本文的工作表明，石墨烯是一种可靠且节能的加热器，与包括Si3N4在内的介质平台兼容，可用于技术相关的非易失性可编程硅光子学。