浙大高超课题组《Carbon》：大规模制备高导热石墨烯纤维长丝

成果简介

石墨烯纤维是一种前景广阔的碳纤维，具有优异的综合性能。以往的实验室研究主要集中在单根纤维的原型上，但石墨烯纤维长丝的规模化制造几乎仍未得到探索。本文，浙江大学高超课题组《Carbon》期刊发表名为“Large-scale preparation of thermally conductive graphene fiber filaments”的论文，研究报告了具有高强度和优异导热性的石墨烯纤维长丝的大规模工业制备。

在可扩展的湿法纺丝过程中，我们引入了分步溶剂插层塑性拉伸技术，以提高氧化石墨烯前驱体纤维丝的均匀性、密度和结构顺序。化学还原和高温石墨化还原了石墨烯原子结构，实现了长丝的大石墨晶体尺寸。石墨烯纤维丝具有良好的综合性能，包括抗拉强度1.4GPa、密度1.93 g/cm³、导电率 4.1 × 10⁵S/m 和导热率 1204W/mK。石墨烯纤维丝的制备为其在纺织品和复合材料领域的广泛应用奠定了基础，而溶剂插层塑性拉伸可作为制备高性能二维材料纤维丝的通用方法。

图文导读

图1.GOFFs的制备工艺流程

图2.rGOFFs的微观结构和性能

图3.GFFs的微观结构和性质

图4.GFFs的热性能

小结

总之，本文提出了一种大规模制备 GFF 的策略，并建立了一条完整的湿法纺丝制造生产线。优化条件下的级联塑化拉伸工艺有效地平整了无规皱纹，调节了GO片，从而改善了前驱体GOFF的微观结构，使其具有较高的有序性、致密性和均匀性，从而促进了高温热处理过程中石墨结晶的生长。所获得的石墨烯 GFF 密度高达1.93 g/cm³，取向度为 0.86，石墨烯结晶尺寸也很大，因此具有很好的综合性能，包括1.4GPa的抗拉强度、4.1×10⁵S/m 的导电率和 1204 W/mK 的高导热率。这项工作实现了高强导电石墨烯纤维的大规模制备，拓展了石墨烯多丝的研究领域，拓宽了石墨烯纤维作为热管理材料的应用前景，促进了石墨烯纤维的工业化生产。研究期待着石墨烯纤维在热管理、电磁屏蔽、功能纺织品等方面的现实应用，并随着理论研究的深入和工艺的改进进一步优化其结构和性能。

文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.118947