成果简介
石墨烯气凝胶纤维（GAFs）集石墨烯轻质、高比强度和导电性等优点于一身，在多功能可穿戴纺织品方面具有巨大潜力。然而，由于石墨烯气凝胶纤维的结构坚固性较差，其制造和应用受到很大限制。本文，浙江大学 Peng Li、刘英军、高超教授、许震研究员等在《Advanced Fiber Materials》期刊发表名为“Plastic-Swelling Preparation of Functional Graphene Aerogel Fiber Textiles”的论文，研究报告了一种塑料膨胀法来制造具有高性能和多功能性的GAF纺织品。GAF纺织品是通过对预织氧化石墨烯纤维（GOF）丝束纺织品进行塑料膨胀实现的。
这种近乎固态的塑料膨胀工艺使纺织品中的石墨烯保持了较高的结构有序性和可控密度，并在密度为 0.4gcm-3 时表现出创纪录的高达103MPa的抗拉强度和高达1.06×104S m-1 的导电性。GAF 纺织品具有113MPa的高强度、多种电学和热学功能以及高孔隙率，可作为更多功能材料。塑料膨胀法为制造各种气凝胶纤维纺织品提供了一种通用策略，为其现实应用铺平了道路。
图文导读
图1、a GAF丝束纺织品制造过程示意图。b 水中GOF膨胀的XRD图谱。随着溶胀时间的延长，层间间距在检测范围之外继续增大。c GOF在水中的溶胀比与溶胀时间曲线。d 冷冻干燥后膨胀GOF的连续SEM图像
图2、a 排列整齐的 GAF 的制造示意图。b-d 三种 GOAF 的 SAXS 图样和相应的方位扫描曲线。e 三种 GOAF 的取向顺序。f 三种 GOAF 的拉伸曲线。g 三种 GOAF 的比强度。
图3、a、 GOF 在不同比例的水和乙醇溶剂中溶胀的 XRD 图。随着溶胀时间的延长，纯水夹层间距继续增大，超出了检测范围。b 、通过原位跟踪 GO 凝胶纤维和冷冻干燥后原位跟踪 rGOAF，得出 GOF 的溶胀率。c、 rGOAF 的密度和孔隙率与不同水和乙醇比例的溶胀溶剂的关系。d rGOAF横截面在具有不同水和乙醇比例的溶剂中溶胀的SEM图像。e机械性能与密度的关系。f、导电性能与密度的关系。g GAF与其他气凝胶纤维的比强度比较
图4、a GAF和混合溶剂插层剂的弯曲曲率的关系。b通过不同含量的乙醇制备的GAF纺织品的拉伸曲线。c具有不同溶剂组分的GAF纺织品的SEM图像
图5、a、电加热测量的实验装置示意图（试样尺寸为20 × 20 × 2mm，试验温度为25°C）。b、向GAF纺织品施加2、3、4和5V电压后，温度随时间的增加。c、施加电压为2-5 V的加热过程中GAF纺织品的红外图像。d、光热加热测量的实验装置示意图（测试样品尺寸为20 × 20 × 2mm，试验温度为25°C）。e、对GAF纺织品施加太阳辐射后温度随时间的增加。f、GAF纺织品在模拟太阳光照下光热加热过程中的红外图像，强度为100 mW cm−2至200 mW cm–2。g、用PEG负载的GAF纺织品的TGA曲线。h、 PEG负载GAF纺织品的温度-时间曲线。i、 GAF-PEG和纯PEG在5°C min−1的扫描速率下加热和冷却的DSC曲线
小结
综上所述，本研究揭示了塑料膨胀法的取向优势，并开发了近固态塑料膨胀策略，在预织纺织品的基础上大规模制造出高强度导电GAF纺织品。塑料膨胀法使高取向 GAF 达到很高的机械强度。纺织品中的单一 GAF具有高达103 兆帕的显著机械强度和高达1.06 × 104 S m-1 的出色导电性。通过改变溶剂的极性，可在 0.09gcm-3 至 0.52gcm-3 的大范围内调节密度。由于气凝胶纤维单元的优异性能，GAF 纺织品表现出113兆帕的出色机械性能和多功能性（电热加热、光热和相变材料），在智能纺织品应用方面潜力巨大。近固态塑性膨胀法有效地调节了气凝胶纤维的结构，拓展了高性能气凝胶纤维和气凝胶纤维纺织品的制备方法，并可扩展到更多的品种。
文献：https://doi.org/10.1007/s42765-023-00316-1
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