无需高温退火，高性能宏观石墨烯纤维，破纪录！

将石墨烯片组装成具有沿纤维轴单轴排列的石墨层的宏观纤维具有重要的基础和技术意义，但基于石墨烯纤维的最佳性能远低于基于单个石墨烯性能的预期。苏州大学耿凤霞教授团队探讨了通过共价连接石墨烯边缘以改善基于石墨烯的纤维力学性能和电导率。

研究发现，通过芳香酰胺键在石墨烯边缘形成桥接结构，可显著提升纤维的电导率和机械强度。目前湿法纺丝技术已利用该技术，在存在芳香胺连接剂的情况下，选择性地与石墨烯边缘的羧基反应，从而实现石墨烯边缘的桥接。这种技术已经在工业上应用，并且易于规模化生产。研究结果为在最佳技术经济和生态条件下制造高性能宏观石墨烯纤维铺平了道路。

相关研究成果以“Covalently bridging graphene edges for improving mechanical and electrical properties of fibers”为题，6月7日发布于《Nature Communications》。

图文导读

图1. 芳香酰胺共价共轭石墨烯片的边缘桥联。

图2. 平面石墨烯在组装纤维中的定向紧密堆积。

图3. 芳香酰胺共价连接石墨烯边缘。

图4. 芳香酰胺连接石墨烯纤维的力学性能。

总结展望

本研究通过在石墨烯边缘引入共价芳香酰胺桥接，成功提升了石墨烯基纤维的机械强度和电导率。实验结果显示，得到的石墨烯纤维具有高达3.54 ± 0.25 GPa的拉伸强度和340 ± 32 GPa的杨氏模量，以及高达1.5 × 10⁵ S m^-1的电导率，这些性能均优于以往报道的类似条件下制备的石墨烯纤维。

研究亮点在于无需高温退火即可实现高性能，为石墨烯基宏观组装体的设计与制造提供了新的策略。尽管当前的纤维性能尚未达到理想状态，但本研究展示了通过边缘连接策略有效提升综合性能的潜力，为未来高性能结构材料的商业工业应用奠定了基础。

DOI：10.1038/s41467-024-49270-5