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第一作者：Ling Ding, Tianqi Xu, Jiawen Zhang, Jinpeng Ji, Zhaotao Song

通訊作者：耿鳳霞

通訊單位：蘇州大學(xué)，北京石墨烯研究院

耿鳳霞，蘇州大學(xué)教授，博導(dǎo)，入選高層次人才青年計(jì)劃等，2009年獲得日本筑波大學(xué)博士學(xué)位;2009.2014年在日本田立材料科學(xué)研究所從事博士后及ICYS研究品工作，效力于功能性無機(jī)層狀材料的合成、結(jié)構(gòu)解析與應(yīng)用研究。（信息來源：https://energy.suda.edu.cn/_s266/0b/93/c9713a330643/page.psp）

論文速覽

將石墨烯片組裝成具有沿纖維軸單軸排列的石墨層的宏觀纖維具有重要的基礎(chǔ)和技術(shù)意義，但基于石墨烯纖維的最佳性能遠(yuǎn)低于基于單個石墨烯性能的預(yù)期。本研究探討了通過共價連接石墨烯邊緣以改善基于石墨烯的纖維力學(xué)性能和電導(dǎo)率。

研究發(fā)現(xiàn)，通過芳香酰胺鍵在石墨烯邊緣形成橋接結(jié)構(gòu)，可顯著提升纖維的電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度。目前濕法紡絲技術(shù)已利用該技術(shù)，在存在芳香胺連接劑的情況下，選擇性地與石墨烯邊緣的羧基反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)石墨烯邊緣的橋接。這種技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)上應(yīng)用，并且易于規(guī)模化生產(chǎn)。研究結(jié)果為在最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)條件下制造高性能宏觀石墨烯纖維鋪平了道路。

圖文導(dǎo)讀

圖1：芳香酰胺共價共軛石墨烯片的邊緣橋聯(lián)。

圖2：平面石墨烯在組裝纖維中的定向緊密堆積。

圖3：芳香酰胺共價連接石墨烯邊緣。

圖4：芳香酰胺連接石墨烯纖維的力學(xué)性能。

總結(jié)展望

本研究通過在石墨烯邊緣引入共價芳香酰胺橋接，成功提升了石墨烯基纖維的機(jī)械強(qiáng)度和電導(dǎo)率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，得到的石墨烯纖維具有高達(dá)3.54 ± 0.25 GPa的拉伸強(qiáng)度和340 ± 32 GPa的楊氏模量，以及高達(dá)1.5 × 10⁵ S m^-1的電導(dǎo)率，這些性能均優(yōu)于以往報道的類似條件下制備的石墨烯纖維。

研究亮點(diǎn)在于無需高溫退火即可實(shí)現(xiàn)高性能，為石墨烯基宏觀組裝體的設(shè)計(jì)與制造提供了新的策略。盡管當(dāng)前的纖維性能尚未達(dá)到理想狀態(tài)，但本研究展示了通過邊緣連接策略有效提升綜合性能的潛力，為未來高性能結(jié)構(gòu)材料的商業(yè)工業(yè)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Covalently bridging graphene edges for improving mechanical and electrical properties of fibers

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-49270-5

原創(chuàng)文章，作者：計(jì)算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/07/14/f9cb27878c/

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