石墨烯是從石墨中剝離出來的隻有1子又層原子厚度的二維晶體，厚度約為0.34 nm。繼內少1985年C60（富勒烯）和1991年碳納米管的首次報道(得場dào)後(hòu)，2004年石墨烯的發(fā)現再次推動了人們對(d間匠uì)碳元素納米材料的研究。研究表明，石墨烯具有非凡的機械性能(néng)、導電性金空能(néng)、熱學(xué)性能(né我對ng)以及光學(xué)性能(néng)。為了將(jiāng)石墨烯的這(zh一樂è)些優異性能(néng)進(jìn)行實際應用，人們研發用鄉(fā)了三維石墨烯泡沫、二維石墨烯薄膜和一維的石墨烯複合纖維。

目前，石墨烯複合纖維的特性以及制備方法有哪些？不同什子制備方法與纖維性能(néng)之間的關系如何？石墨烯與纖維結合將(jiāng)迸發(fā)出怎樣(yàng)的火花？紅鐵今天小編就(jiù)為大家整理了石墨烯纖維國去會(guó)内外的最新研究現狀、應用領域和發(fā)展前景：河相

1 石墨烯複合纖維

石墨烯複合纖維材料大緻分為3類：石墨烯－聚合物複合纖維材料、石墨烯－無機來紙金屬複合纖維材料和石墨烯－無機非金屬複合輛紙纖維材料。下表為石墨烯複合纖維的幾種(zhǒng)制備方法及其對(duì)應纖維的力學(xué)性能(néng)和導電性能(nén制空g)。

（1）石墨烯-聚合物複合纖維

目前制備的石墨烯-聚合物複合纖維主要有石墨烯/PVA哥時複合纖維、石墨烯/HPG複合纖維、石墨烯/PAN複合纖維等。新加坡國(guó)立大學(xué)鮑橋梁到去等人利用靜電紡絲技術將(jiāng)共轭有機分子修飾的石墨烯與聚乙烯醇（PVA）混紡得到(dào)石墨烯複合纖維，且石墨烯身很的加入使聚合物纖維拉伸強度提高約4倍，吸光度提高約10倍。

石墨烯/PVA複合纖維的制備原理

浙江大學(xué)高超等人提出了“液媽關晶自構模闆”的方法，將(jiāng)石墨烯與超支化聚縮水子文甘油醚（HPG）結合得到(dào)了超高拉伸強度的仿貝殼纖維。該纖維拉伸強度可暗長觀（652MPa），約為貝殼的5～8倍。同時(shí)還(hái)提出了新的“倒置”策略，利用濕法紡絲自錯區組裝將(jiāng)石墨烯與聚甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）結合再次制備了拉伸強度（500 問睡MPa）是貝殼的3～4倍的仿貝殼纖維。

石墨烯/GMA複合纖維的制備原理

東京工業大學(xué)Akihiko Tanioka等人將(jiā開數ng)氧化石墨烯加入到(dào)聚丙烯腈（P輛短AN）紡絲液中，利用靜電紡絲的方法制得石墨烯/PAN複合纖維。當氧化石墨烯的含雜下量為0.5%時(shí)，所得複合纖維的導電率最高，為165 S/cm。

（2）石墨烯-無機金屬複合纖維

韓國(guó)材料科學(xué)研究所懂商Sang Su Yoon等人利用濕法紡絲將(jiāng)大片的石墨烯（56±2腦樂0μm）與納米銀顆粒結合起(qǐ)來制備了石墨烯/納米銀複合纖維，導電率高達15 800短高 S/cm。而且這(zhè)種(zhǒng)市窗複合纖維很容易被(bèi)剪斷粘附在柔性基底上，將(jiāng)被(bèi)廣泛應用一冷于纖維型電極材料、纖維型晶體管、纖維如見型電容器等領域。

石墨烯/Ag複合纖維的微觀結構和導電率曲線

浙江大學(xué)高超等人采用濕法紡絲農愛方法將(jiāng)氧化石墨烯與納米銀能術顆粒混紡，然後(hòu)用氫碘酸還(hái)原，制備了石墨烯/納米銀複合纖維，導電率為930 S/cm。北京理工大學喝是(xué)曲良體等人利用電化學(xué)沉火理積的方法在石墨烯纖維的外層電沉積MnO2顆粒購河得到(dào)複合纖維，這(zh呢草è)種(zhǒng)多層結構複合纖維制備的纖維型電容器展現出了較強的電化學(唱劇xué)電容器特性。

不同MnO2沉積時(shí)間下MnO2/石墨烯/石墨烯纖維複合材內木料的SEM圖

（3）石墨烯-無機非金屬複合纖維

杜克大學(xué)劉傑等人直接將(jiāng)未功能(néng)化視技的多壁碳納米管分散到(dào)氧化石墨烯溶液謝嗎中進(jìn)行濕法紡絲，然後(hòu)還(hái)原得到(dào)石墨烯/河老碳納米管（CNTs）複合纖維。CNTs的加子林入使得石墨烯纖維的拉伸強度從193.3 MPa增加到(dào)385.7 MPa，導電率從鐵請53.3 S/cm增加到(dào)水事210.7 S/cm。同時(shí)，石墨烯/CNTs複合纖維用于線形超級電容時(shí)大大提高了其比電容和能(n會了éng)量密度，在石墨烯基電極材料領域有較好(hǎo)的發(fā)展前景。特拉華大學(xué)鄒祖炜等人也利用濕法紡絲將(jiā生睡ng)碳納米管薄膜包覆在還(hái)原氧化石墨烯的外層，得到(dào)石墨烯/CNTs複合纖維。CNTs的加入使石墨烯纖維的強度和遠技導電率分别增加了22%和49%。北京理工大學(xué)曲良體等人以Fe3O4為催化劑用化錯自學(xué)氣相沉澱（CVD）的方法將(ji店花āng)CNTs直接生長(cháng)在石墨烯纖維的表面(miàn)，得到(dào)石說得墨烯/CNTs複合纖維。除了可以用作織物超級電容器外，石墨烯/C費呢NTs複合纖維還(hái)可以被(bèi)應用到(dào)更多的領域，如催化、分麗時離和吸附材料。

2 石墨烯複合纖維的應用

由于石墨烯複合纖維具有柔性較好(hǎo)，質輕，導電性能(nén我謝g)、熱學(xué)性能(néng)優異等優點，因此被(bèi雨林)廣泛應用于各個領域。根據近年文獻，用遠其應用主要集中在如下幾個方面(m很訊iàn)。

（1）生物醫用材料

2013年，泰國(guó)國(guó)立朱拉隆功大喝土學(xué)Nadnudda Rod習空thongkum和Nipapan是跳 Ruecha等人利用靜電紡絲構建了一種(zhǒng)新穎的高靈敏度的用來檢測多巴胺的電化學從會(xué)系統。他們在絲網印刷碳電極的表面(miàn)修飾了一層石墨烯/聚苯胺/聚還說苯乙烯複合纖維。在最優條件下，多巴胺的檢測量

可以達到(dào)0.05nM。另外，這(zhè)種(zhǒng)電極系車離統具有非常寬的動力學(xué)範圍：0.1 nM為村～100 μM。

（2）儲能(néng)材料（超級電容器）

曼徹斯特大學(xué)Robert A. W. Dryfe等人信物用電泳沉積的方法在碳纖維的表面(miàn)訊綠沉積石墨烯碳納米管複合層，得到(dào)石墨烯－碳納米管/碳纖維（G-CNT/CC能習）複合纖維。所得電極的比電容（151F/g）是純石墨烯纖維電極（58.8 F訊麗/g）的2.5倍，而且其能(néng)量密度（14.5 W·h但道/kg）也遠高于純石墨烯纖維電極（5.6W·h/kg）。曲劇算良體等人在石墨烯纖維表面(miàn)沉積MnO2，將化樹(jiāng)石墨烯纖維的比電容提高到(dào)了36 F/g。

G-CNT/CC複合纖維的SEM圖

（3）導線

北京理工大學(xué)董澤琳等人以雨南石墨烯複合纖維為導線織成(chéng)導電織物去生；浙江大學(xué)高超等人將(jiāng)石墨烯複合纖維作為LED晶體管的導線，同時(shí)還(hái)將(jiān用鐘g)納米銀與石墨烯混紡制得高導電率的石墨烯/納米銀複合纖維（導電率為930 S/cm）；複旦女唱大學(xué)彭慧勝等人從碳納米管信你片中抽出碳納米管陣列，沿著(zhe)軸向(xiàng)堆疊，加入氧化視玩石墨烯溶液，最後(hòu)將(jiāng)混合物扭曲得到(dà內熱o)石墨烯/CNT複合纖維。

（4）光催化

中國(guó)海洋大學(xué)高孟春等人在氧化石墨烯物你的乙醇溶液中加入硝酸铟、聚乙二醇和氧化二乙酰丙酮合釩制得紡絲液，靜電紡後(hòu)煅燒得到(dào)答體石墨烯/氧化釩铟（RGO/InV來生O4）複合纖維，這(zhè)種(zhǒng)複合纖維表現出了很好(hǎo)的光催化性能(néng)。韓國(guó)國(gu高歌ó)立全南大學(xué)Bo-Hye Kim等人利用靜電紡絲個哥的方法得到(dào)含氧化石墨烯的聚合物纖維，得信經(jīng)煅燒得到(dào)石墨烯/碳複合纖是慢維，再將(jiāng)得到(dào)的纖維浸泡在含钛的氧化物溶液中，高溫煅燒得到(dào)石墨烯複合纖維。

在可見光照射下光催化降解羅丹明B的可能(néng)機制

3. 結語

各種(zhǒng)石墨烯複合纖維層能開出不窮，制備方法也不盡相同，複合匠睡纖維的制備方法對(duì)其拉伸強度和導電率有重要影響。其中，幹法紡絲和濕法紡絲制得的複合纖維的拉伸區線強度明顯比靜電紡絲強。同時(shí)，通過(guò)對(duì)比同種(zhǒng)中少樣(yàng)品的氧化石墨烯還(hái)原方式河頻，發(fā)現相比于高溫煅燒，HI酸還(hái)原更能(他慢néng)保存石墨烯的優異性能(néng)。盡管石墨烯複合纖維已經(jīng)表現出很好(hǎo)的應用前景，但其制備可下工藝仍有待改進(jìn)，以得到(dào)力學(xué)性能(néng)和導電性能(néng)優于單層石墨烯的材料。此外，目前對(信地duì)其光學(xué)和熱學(xué)方面(miàn)的研究還(hái)較鐘道少，相信在不久的將(jiāng)來性能(néng)更優異城醫的石墨烯複合纖維將(jiāng)會(huì)問世，且其應用領域將(見玩jiāng)得到(dào)進(jìn)一步擴展。