科学家用石墨烯纺成纳米级纤维

图一：一根四米长的石墨烯纤维

图二：石墨烯纤维打成的结最近，浙江大学高分子系高超教授的课题组证明：纳米级的氧化石墨烯片可以纺制成长达数米的宏观石墨烯纤维。所制备的纤维不但强度高，而且韧性好，可以打成结或者编织成导电的垫子。这种纤维可能是实现石墨烯在现实器件（例如柔性电池和太阳能电池）应用的关键材料。相关论文发表在在最新一期Nature Communications上（2011，2，571）。同时该文章被Nature News以“Graphene Spun into metre-long fibres”为题做了专门报道。石墨烯（Graphene），即单层石墨片，是继富勒烯、碳纳米管之后碳纳米家族的一个新成员。由于石墨烯有着丰富而独特的固相性质，如很高的电导率、优异的导热性、极快的载流子传输速度及最高的机械强度等，在场效应晶体管、透明电极、纳米结构及功能复合材料、锂离子电池、超级电容器等诸多领域具有广阔的应用前景。但石墨烯也有一个“坏脾气”，那就是难以溶解，这引起了很多科学家开展对其液相性质的深入研究。另外，由于溶解度低、缺少组装方法，如何实现石墨烯有序排列的宏观纤维是该领域的一大挑战。想要很好地利用石墨烯的这些性质就要找到将微小的（一微米宽）二维碳纳米片有效地排列成宏观材料的方法。高超课题组的研究人员找到了其中的方法。他们使用了一种叫湿法纺丝的工业方法将氧化石墨烯（一种易溶解的石墨烯衍生物）的水溶液纺制成长达数米的纤维。然后，采用化学还原的方法将其处理，得到了石墨烯长纤维。 “近些年，人们在石墨烯的基本性质研究方面取得了很大的进展。但在我们的研究之前，人们很难想象怎样才能将不足一纳米厚的石墨烯片变成宏观的纤维材料。”作者之一高超介绍，“在这一领域，之前的研究都集中在制备石墨烯纸。然而，这一形式的材料尺寸上只有数毫米至几厘米，而无法像纤维一样能够连续制备得到人们想要的长度”。这个小组制备石墨烯纤维的诀窍在于先制备高浓度的纯氧化石墨烯溶液。尽管这一看似半固体半液体的分散液可以像粘稠的液体一样流动，但是，其中的氧化石墨烯大分子却自发地整齐排列。高超解释：“正是因为这种有序的内部结构，使得我们得到的液晶分散液可以很好地用于纤维的纺制。”据介绍，这种石墨烯纤维在室温下用水溶液纺丝即可制得，其制备过程相当方便快捷、绿色环保。如何提高石墨烯纤维的力学强度是高超小组的下一个目标。他们初步制备的石墨烯纤维有着一些结构上的缺陷，这些缺陷降低了它的力学性能。“尽管现在石墨烯纤维的力学强度与碳纤维相比还有较大的差距（其韧性远优于碳纤维），但我们相信其进一步提高的空间还很大。”高超说。（来源：浙江大学周炜）