一種全新的制備高性能氧化石墨烯基纖維的方法

近日，北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院郭林教授、岳永海教授與歐洲國際納米技術(shù)研究所王中長研究員等通過在氧化石墨烯纖維中構(gòu)建晶體-非晶雙相超結(jié)構(gòu)，制備了一種具有高強度（935 MPa）和高韌性（10.6 MJ·m-3）的纖維。不同于目前常規(guī)使用大片氧化石墨烯或者還原石墨烯的方法，該晶體-非晶雙相強化策略提供了一種全新的制備高性能氧化石墨烯基纖維的方法。該研究以Super-strong graphene oxide-based fibres reinforced by a crystalline-amorphous superstructure為題在線發(fā)表在Matter上。

高性能纖維在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、建筑和紡織等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。氧化石墨烯（GO）是制造高性能碳基纖維材料的最佳選擇材料之一。當(dāng)前，超強氧化石墨烯基纖維（強度>800 MPa）主要以大尺寸氧化石墨烯（平均尺寸>20 μm）或者還原氧化石墨烯為原料進行制備，上述原料的制備通常需要高溫?zé)崽幚砘蛘咝枋褂糜卸拘缘臍涞馑峄蛩想?，不僅對環(huán)境不友好，而且存在一定的操作危險。

因此，發(fā)展新的高強纖維增強策略，開發(fā)經(jīng)濟、高效且環(huán)境友好的制備高性能纖維材料的方法是當(dāng)前高性能纖維研究領(lǐng)域的熱點和難點問題。

該團隊提出的晶體-非晶雙相超結(jié)構(gòu)增強策略以普通的氧化石墨烯為材料即可實現(xiàn)高性能纖維的制備，為高性能石墨烯基纖維的制備開辟了一條新道路。

原位力學(xué)性能測試表明，不同于傳統(tǒng)氧化石墨烯纖維在拉伸過程中出現(xiàn)的“片層拔出”機制，晶體-非晶雙相超結(jié)構(gòu)纖維同時還存在“褶皺展開”機制。在兩種機制的協(xié)同下，纖維的斷裂韌性得到了顯著提升，具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)靈活性，可以容易地混編成粗線或復(fù)合材料，在航空航天、機械工程和紡織工程等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

左圖為晶體-非晶雙相超結(jié)構(gòu)示意圖及纖維力學(xué)性能對比。