一种全新的制备高性能氧化石墨烯基纤维的方法

近日，北京航空航天大学化学学院郭林教授、岳永海教授与欧洲国际纳米技术研究所王中长研究员等通过在氧化石墨烯纤维中构建晶体-非晶双相超结构，制备了一种具有高强度（935 MPa）和高韧性（10.6 MJ·m-3）的纤维。不同于目前常规使用大片氧化石墨烯或者还原石墨烯的方法，该晶体-非晶双相强化策略提供了一种全新的制备高性能氧化石墨烯基纤维的方法。该研究以Super-strong graphene oxide-based fibres reinforced by a crystalline-amorphous superstructure为题在线发表在Matter上。

高性能纤维在航空航天、生物医学、建筑和纺织等领域具有广泛的应用。氧化石墨烯（GO）是制造高性能碳基纤维材料的最佳选择材料之一。当前，超强氧化石墨烯基纤维（强度>800 MPa）主要以大尺寸氧化石墨烯（平均尺寸>20 µm）或者还原氧化石墨烯为原料进行制备，上述原料的制备通常需要高温热处理或者需使用有毒性的氢碘酸或水合肼，不仅对环境不友好，而且存在一定的操作危险。

因此，发展新的高强纤维增强策略，开发经济、高效且环境友好的制备高性能纤维材料的方法是当前高性能纤维研究领域的热点和难点问题。

该团队提出的晶体-非晶双相超结构增强策略以普通的氧化石墨烯为材料即可实现高性能纤维的制备，为高性能石墨烯基纤维的制备开辟了一条新道路。

原位力学性能测试表明，不同于传统氧化石墨烯纤维在拉伸过程中出现的“片层拔出”机制，晶体-非晶双相超结构纤维同时还存在“褶皱展开”机制。在两种机制的协同下，纤维的断裂韧性得到了显著提升，具有优异的结构灵活性，可以容易地混编成粗线或复合材料，在航空航天、机械工程和纺织工程等领域具有巨大的应用潜力。

左图为晶体-非晶双相超结构示意图及纤维力学性能对比。