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News 通过同轴纺丝制备得到芳纶纳米纤维包裹石墨烯的纤维

通过同轴纺丝制备得到芳纶纳米纤维包裹石墨烯的纤维

日期: 2020-05-20
浏览次数: 144

通过同轴纺丝制备得到芳纶纳米纤维包裹石墨烯的纤维

 

Fabrication ofaramid nanofiber-wrapped graphene fibers by coaxial spinning

Xiang Zhang, Anping Wang, Xiaoyao Zhou, Feng Chen *,Qiang Fu *

 

柔性高导电纤维由于易于大量生产并且可以直接编织到服装中,是可穿戴电子系统的重要组件之一,在智能服饰和柔性电子设备等领域具有广阔的运用前景。通过大片层氧化石墨烯(GO)的湿法纺丝并进一步还原将其转化为导电性能优异的石墨烯纤维是制备高导电纤维的有效途径之一。然而石墨烯纤维存在的问题也是显而易见的:一是力学性能尤其是柔韧性较差,在实际运用中面临巨大困难;二是裸露的导电层存在容易短路的风险。另一种被广泛采用的策略是通过同轴纺丝制备具有芯鞘结构的石墨烯纤维,石墨烯纤维被柔韧性优异的聚合物包裹在核心层,从而制备出内层导电外层绝缘的柔性导线。目前关于通过GO与聚合物的同轴共纺制备芯鞘石墨烯纤维的报道非常有限,并且都采用化学还原的方式对GO进行还原。然而,聚合物护套的包裹导致内层GO难以实现充分还原并在化学还原过程中会严重损害外层聚合物鞘的力学性能。

在此,具有极佳热稳定性和优异机械性能的芳纶纳米纤维(ANF)可以作为传统聚合物鞘层的绝佳替代品,由于ANF能承受200℃以上的高温,从而可以实现通过热还原的方式将内层GO进行还原。并进一步引入石墨烯纳米片( GNPs )来补偿由于GO还原不足而导致的石墨烯优异电导率的损失。得益于ANF和石墨烯的优异特性的结合,该同轴纤维不仅展现出超高导电率(高达~15000 S/m),而且还实现了机械性能的显着提高(与单独的石墨烯纤维相比几乎提高了80%的拉伸强度和700%的断裂伸长率)。简而言之,我们已经通过同轴湿法纺丝策略制备了由ANF鞘层包裹核心石墨烯纤维的同轴纤维,该策略可以将柔韧性差的石墨烯纤维转化为具有优异机械性能的芯鞘石墨烯纤维。该方法简单,环保,易于实现大规模连续生产,为制备应用于可穿戴电子器件的柔性高导电纤维提供了有效的途径。


通过同轴纺丝制备得到芳纶纳米纤维包裹石墨烯的纤维


原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622320304012?via%3Dihub

期刊:Carbon


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