浙江大学高分子科学与工程学系高超

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浙江大学高超教授团队应邀在国际材料学领域顶级期刊《先进材料》（Advanced Materials）发表有关石墨烯纤维的综述。高超教授团队在综述中从四个角度呈现了石墨烯纤维的特点：制备技术、形态控制、结构与性能的关系以及结构功能一体化。

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图1. 碳质纤维的发展历程。

石墨烯纤维是由石墨烯片沿一维方向宏观组装而成的新型碳质纤维。碳质纤维的发展可以追溯到1860年，彼时斯旺和爱迪生先后将碳丝密封起来，利用碳丝的导电性能和灰体辐射的原理制备出人类历史上最早的电灯泡。100年后，日本的近藤昭男等人开始了碳纤维的研发，作为一种具有极高机械强度和模量的高性能纤维，碳纤维在承重和复合材料等领域发挥着重要的作用。2002年，清华大学范守善院士提出了将碳纳米管作为基本单元组装宏观碳质纤维的理念，并利用干法牵伸的技术成功得到宏观连续的碳纳米管纤维。碳纳米管纤维继承了碳纳米管良好的传导性能，且具有极佳的柔性。2011年，浙江大学高超教授利用湿法纺丝的技术制备出宏观连续的石墨烯纤维。不同于以往的碳质纤维，石墨烯纤维的构筑基元是具有良好的导电、导热、机械强度等性能的二维晶体石墨烯，纤维的内部结构三维有序、致密均一，有潜力将碳质纤维的性能推向一个新阶段。

高超教授团队用一张眼图从四个方面枚举了石墨烯纤维的特点。从制备技术上看，石墨烯纤维展现出四大优势（4 advantages）：可以批量生产的氧化石墨烯原料；氧化石墨烯自发形成的液晶结构；氧化石墨烯原丝的自融合和自愈合能力；种类多样且成本低廉的还原方法。从形态上看，通过调控纺丝的工艺可以得到六种形态的石墨烯纤维：实心柱状、带状、中空、螺旋状、多孔和核壳结构。石墨烯纤维三维有序的结构具有四大优点（4 merits）：超大的晶体尺寸；可以严格控制的缺陷密度；内外部丰富的褶皱；能够复合多种维度的客体分子。在多个领域发挥功能（X-uses and applications）：多功能织物、轻质导线、能量收集及转换、可穿戴储能装备、柔性电子器件、神经信号记录微电极等。

该综述是纳高研究团队对近十年来石墨烯纤维领域研究工作的系统总结，对该领域的发展问题进行了剖析，并对石墨烯纤维的未来发展趋势进行了展望。论文的共同第一作者为浙江大学高分子科学与工程学系纳米高分子高超课题组的方波博士和博士生畅丹，许震特聘研究员和高超教授为共同通讯。该研究工作获得国家自然科学基金及科技部重点专项基金的资助。

文献链接：A Review on Graphene Fibers: Expectations, Advances, and Prospects