高性能石墨烯纖維研究獲突破

浙江大學(xué)教授高超研究團隊近日在石墨烯纖維的規(guī)模化制備及高性能化等方面再次取得新突破，兩篇論文先后發(fā)表于《先進材料》。

高超團隊針對如何提升石墨烯纖維的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能兩大關(guān)鍵問題開展了系統(tǒng)研究。首次提出了“全尺度協(xié)同缺陷工程”策略，實現(xiàn)了高性能石墨烯纖維的規(guī)?；苽洌檬├w維直徑最細(xì)可達1.6 μm(約為頭發(fā)絲的1%~2%)，力學(xué)強度最高可達2.2GPa，導(dǎo)電率達到8×105 S/m，代表了石墨烯纖維目前最高的性能水平。

基于此，該團隊進一步采用“化學(xué)摻雜”方法，將氯化鐵、溴、鉀等物質(zhì)引入到石墨烯纖維內(nèi)部，得到摻雜的石墨烯纖維能顯著提高載流子濃度，使其導(dǎo)電率有了數(shù)量級的提升。例如，纖維的導(dǎo)電率高達2.2×107S/m，高于金屬鎳(1.5×107 S/m)、接近金屬鋁(3.5×107 S/m)。另外，由于石墨烯纖維的密度遠(yuǎn)低于金屬，其比導(dǎo)電率(導(dǎo)電率與密度的比值)約是鎳的8倍、銅的2倍，并與鋁相當(dāng)。高超告訴《中國科學(xué)報》記者，高的比導(dǎo)電率使石墨烯纖維在輕質(zhì)導(dǎo)線、電動馬達、信號傳輸、能源儲存與轉(zhuǎn)化、電熱器、電磁屏蔽、場發(fā)射等領(lǐng)域有巨大的潛在應(yīng)用價值。