国防科技大学《Cabon》：真空退火将碳化硅纤维转化为连续石墨烯纤维

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成果简介

国防科技大学Yu Zhang等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Conversion of Silicon Carbide Fibers to Continuous Graphene Fibers by Vacuum Annealing”的论文，研究以碳化硅（SiC）的纤维为原料，通过真空退火制备了连续石墨烯纤维（GFS）和石墨烯/碳化硅纤维（G / SiCFs）。从纤维表面到纤维芯部逐渐发生转变，直至完全转变。3C-SiC 纤维中的 SiC 晶粒经升硅华后形成石墨烯片。虽然不可避免地会形成多孔结构，但圆形横截面仍能很好地保持纤维形状。

连续 GF表现出低密度 (1.63 g/cm3)、优异的导电性 (53,900 S/m)、高拉伸强度 (0.22 GPa) 和弹性模量 (23 GPa，标距：25 mm)。良好的性能可能归因于互连的石墨烯片。GF具有 62.8 dB 的良好电磁干扰屏蔽效率，而 G/SiCFs 具有出色的微波吸收性能。样品厚度为 2.1 mm 时，可实现 -54.86 dB 的最小反射损耗 (RL) 值。当样品厚度为 1.4 mm 时，G/SiCFs 的有效吸收带宽可达 4.4 GHz。一束1000 根石墨烯细丝也具有出色的柔韧性。利用碳化硅纤维易转化的优点，本工作中展示的方法可以进一步扩展到制备含金属的GFs（Ti、Al、Zr等）并实现规模化生产。

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图文导读

图1。(a) SiC 纤维向 GF 的宏观和 (b) 微观转化过程。

图2。通过在 2000 o C 真空下对SiC 纤维进行退火获得的 GF 形貌

图3。(a & e) XRD 图案，(b & f) 拉曼光谱（垂直于纤维轴的方向），（c & d）XPS 光谱

图4。不同退火条件下获得的纤维截面形貌：(a) 1700°C1h；(b) 1800°C1h；(c) 1800°C2h；(d) 1700°C20h。

图5。(a & c) 电导率和密度，(b & d) 在不同退火条件下获得的纤维的拉伸强度和弹性模量。

图6。(a) 复介电常数、介电损耗、(b) 衰减常数和 |Z in /Z 0 | G/SiCFs。(c) RL 值与 G/SiCF 的厚度和频率的 3D 图和 (d) 等高线图。

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小结

在这项工作中，开发了一种新方法，通过 SiC 纤维在真空退火下的热分解制备连续宏观 GFs 和 G/SiCFs。考虑到创新和可控的策略，这种SiC转换方法可以扩展到具有可调形态和成分的GF的规模化生产。

文献：