石墨烯是從亮你石墨中剝離出來的隻有1層原子厚腦線度的二維晶體，厚度約為0.34 nm。繼19民國85年C60（富勒烯）和1991年碳納米管的首次報道(dào)後(hòu)關的，2004年石墨烯的發(fā)現再次推動了人們對(duì)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(n外劇éng)、導電性能(néng)、熱務說學(xué)性能(néng)以及光學(xué)性能(néng)。為了將(jiāng)石墨烯的這(zhè)些優異性能(聽又néng)進(jìn)行實際應用，人們研發(fā)了三維石墨烯秒工泡沫、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？不同制備人畫方法與纖維性能(néng)之間的關系如何？石墨烯與纖維結合將(jiāng)迸畫答發(fā)出怎樣(yàng)的火花？今紅低天小編就(jiù)為大家整理了石墨烯纖維國(guó)内外的最新研究現狀、應用領域和發(fā)展前景：

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－聚合答城物複合纖維材料、石墨烯－無機金屬門上複合纖維材料和石墨烯－無機非金屬複合纖維材料。下表為石墨烯複合纖維的幾種(身林zhǒng)制備方法及其對(duì)應纖維的力學(xué)性能(néng場話)和導電性能(néng)。

（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/筆錢PVA複合纖維、石墨烯/HPG複合纖維、石墨烯/PAN複合纖維等。新加西微坡國(guó)立大學(xué)鮑友家橋梁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)石墨烯複合纖維雨大，且石墨烯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“液晶朋生自構模闆”的方法，將(jiāng)石墨藍爸烯與超支化聚縮水甘油醚（HPG）結合得到(dào)了超高拉伸強度的仿貝殼纖維。該纖維拉伸劇厭強度可觀（652MPa），約為貝殼的5～8倍。同時(shí)還(hái)提出了新的聽問“倒置”策略，利用濕法紡絲自組就費裝將(jiāng)石墨烯與聚甲基丙烯酸縮水甘油但路酯（GMA）結合再次制備了拉伸強度（500 MPa）影金是貝殼的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(jiāng日器)氧化石墨烯加入到(dào)聚丙烯腈（PAN）紡絲液中，利用靜電紡絲的方法制得石墨烯/PAN複合纖維。當氧化石說我墨烯的含量為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Sang Su Yoon等人利用濕校公法紡絲將(jiāng)大片的石墨烯（56±20μm）與納米銀顆粒結合起(qǐ)來制備了醫如石墨烯/納米銀複合纖維，導電率高日電達15 800 S/cm。而且這(zhè)種(zhǒng)複合纖維很容易被(bèi)剪斷粘附在柔性基底上，將(ji北白āng)被(bèi)廣泛應用于纖維型電極材料輛數、纖維型晶體管、纖維型電容器等領域。

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方法將湖討(jiāng)氧化石墨烯與納米銀顆粒混紡，然後(hòu)用氫碘也爸酸還(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(xu計嗎é)曲良體等人利用電化學(xué)沉積的方法在石墨烯纖維的外層電沉積MnO2顆粒得到(dào)複合纖維，妹好這(zhè)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(xué)電容器特性。

不同MnO2沉積時(shí)間下MnO2/石墨烯/石墨烯窗民纖維複合材料的SEM圖

（3）石墨烯-無機非金屬複合紙我纖維

杜克大學(xué)劉傑等人直接將(區錢jiāng)未功能(néng)化的多壁碳納米管分散到你錯(dào)氧化石墨烯溶液中進(jìn)行濕法紡絲，然後(hòu)還(hái)原得到(dào)石墨烯/碳納米輛從管（CNTs）複合纖維。CNTs的加入使得石墨烯纖維的拉伸強度從193.3 MPa增加到(dào)38刀議5.7 MPa，導電率從53.3 S/cm增加到(dào)210.7 知坐S/cm。同時(shí)，石墨烯/CNTs複合纖維用于線形超級電容時(shí)大大提高了其比電錯電容和能(néng)量密度，在石墨刀西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(jiāng)碳納米管薄膜包覆在日校還(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聽呢度和導電率分别增加了22%和49%。北京理工大學(xué)曲良體等人以Fe3O4為催化劑用紅亮化學(xué)氣相沉澱（CVD）的方法將(jiāng)CNTs去關直接生長(cháng)在石墨烯纖維的表面(miàn)，得到(dào)石墨烯學來/CNTs複合纖維。除了可以用作織物超級電容器外，石墨烯/CNTs複合纖維還(hái)可以被(bèi)應用到(dào)湖朋更多的領域，如催化、分離和吸附材料年家。

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)，質輕月中，導電性能(néng)、熱學(xué)性能(néng)優小笑異等優點，因此被(bèi)廣泛應用于各個領域。根據近年文獻，其應用主要集中在如下幾個方面(miàn)。

（1）生物醫用材料

2013年，泰國(guó)國(guó)立朱拉我議隆功大學(xué)Nadnudda Rodthongkum和N化藍ipapan Ruecha等人利用靜電紡絲構建了一種(zhǒng)南樹新穎的高靈敏度的用來檢測多巴胺的電看司化學(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/聚苯乙烯複合纖維。在最優條件體日下，多巴胺的檢測量

可以達到(dào)0.05nM。另外，這(zhè)種(zhǒng)電極系統美算具有非常寬的動力學(xué)範圍：0.1 nM～100 μM。

（2）儲能(néng)材料（超級電容器）

曼徹斯特大學(xué)Robert A. 劇又W. Dryfe等人用電泳沉積的方法在碳腦小纖維的表面(miàn)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-看多CNT/CC）複合纖維。所得電極的比電容（151F/g）是純石墨烯纖維電極（58從內.8 F/g）的2.5倍，而且其能(n房銀éng)量密度（14.5 W·h/kg）也遠高于純石墨烯纖維電極（5.6W·h/kg）。曲良體等人在石墨烯纖維表面(miàn)沉北書積MnO2，將(jiāng)石墨烯纖維的比電容提高到(dào)了36 F照了/g。

G-CNT/CC複合纖維的SEM圖

（3）導線

北京理工大學(xué)董澤琳等人以石墨烯複合纖維為都如導線織成(chéng)導電織物；浙江大學(空空xué)高超等人將(jiāng)石墨烯複合纖維作為LED晶體管的空少導線，同時(shí)還(hái)將(大議jiāng)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）；複旦大學(x歌是ué)彭慧勝等人從碳納米管片中抽出碳納米管陣列，沿著(zhe)軸向(xiàng房務)堆疊，加入氧化石墨烯溶液，最後(hòu)將(jiāng)混合物扭曲得到(兒黃dào)石墨烯/CNT複合纖維。

（4）光催化

中國(guó)海洋大學(xué)高孟春等人村藍在氧化石墨烯的乙醇溶液中加入硝劇身酸铟、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)石子購墨烯/氧化釩铟（RGO/InVO4）複合纖維，這(黃你zhè)種(zhǒng)複合纖維表現出了很好(hǎo)的光催化性能(néng)。韓國(g厭現uó)國(guó)立全南大學(xué)Bo-Hye Kim等人利用會雜靜電紡絲的方法得到(dào)含氧化石墨烯的聚合物纖維，經(jīng)煅刀我燒得到(dào)石墨烯/碳複合纖維，再將(jiāng)得到(dà訊又o)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)石墨烯複合纖維層出不窮，制備方法也不盡相同，車都複合纖維的制備方法對(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強度明顯比區理靜電紡絲強。同時(shí)，通過(guò)對(duì)比同種(zhǒng)船麗樣(yàng)品的氧化石墨烯還(hái)原方式，發(fā)現相比于高溫化市煅燒，HI酸還(hái)原更能(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)的應用前景行雜，但其制備工藝仍有待改進(jìn)，以得到(dào)力學(xué遠坐)性能(néng)和導電性能(néng)優于單層石墨烯的材料。此外，目前對(分子duì)其光學(xué)和熱學(xué)方面(睡能miàn)的研究還(hái)較少，相信在不久的將(jiāng)來性能(néng)更優異的石墨烯複坐農合纖維將(jiāng)會(huì)問世，且其應用領域將(jiāng紅還)得到(dào)進(jìn)一步擴展。