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  作為石墨烯的一維宏觀組裝體，石墨烯纖維因其優(yōu)異的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率以及突出的機(jī)械性能，在柔性電子器件、多功能織物、生物醫(yī)學(xué)、航空及國防領(lǐng)域都有極大的應(yīng)用潛力，引起了科學(xué)家們的廣泛研究。為了恢復(fù)石墨烯片層因氧化造成的結(jié)構(gòu)缺陷，同時(shí)實(shí)現(xiàn)石墨烯纖維的高力學(xué)強(qiáng)度與高導(dǎo)電性能，多采用高溫?zé)徇�原對(duì)氧化石墨烯（GO）纖維進(jìn)行處理。雖然高溫?zé)徇�原處理過后的石墨烯纖維具有極高的斷裂強(qiáng)度與拉伸模量，但其斷裂伸長率和韌性較差，表現(xiàn)出硬而脆的特性，限制了其在柔性、耐彎折電子或功能織物等方面的應(yīng)用。另一方面，高溫?zé)徇�原的溫度一般達(dá)到2000 ℃以上，需要消耗大量能量以及時(shí)間，不利于石墨烯纖維的高效制備。因此，如何采取簡單高效的方法來制備兼具高強(qiáng)度與高韌性的導(dǎo)電石墨烯纖維，已成為當(dāng)前高性能石墨烯纖維研究中的巨大挑戰(zhàn)。

本文亮點(diǎn)

1) 通過優(yōu)化GO前驅(qū)體表面化學(xué)，獲得低結(jié)構(gòu)缺陷和含痕量羧基的GO納米片（f-GO），使用f-GO分散液進(jìn)行濕法紡絲，得到結(jié)構(gòu)高度有序、片層間π-π相互作用和范德華力更強(qiáng)的f-GO纖維。由于較弱的親水性，f-GO凝膠纖維脫水速度較快，表面易形成較多的分叉褶皺，有利于拉伸過程中力學(xué)性能的提升。

2) 詳細(xì)研究了紡絲參數(shù)對(duì)f-GO纖維表面褶皺和片層排列的影響，通過紡絲參數(shù)的調(diào)控促進(jìn)f-GO納米片的排列，形成緊密堆疊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提升f-GO纖維力學(xué)性能，其拉伸強(qiáng)度高達(dá)791.7 MPa，韌性高達(dá)24.0 MJ m^-3。

3) 僅含痕量羧基和低缺陷的f-GO納米片層的本征結(jié)構(gòu)缺陷較少，且絕大多數(shù)表面基團(tuán)是容易被化學(xué)還原的羥基和環(huán)氧基，通過溫和高效的化學(xué)還原策略，制備得到高強(qiáng)高韌高導(dǎo)電的石墨烯纖維，拉伸強(qiáng)度達(dá)875.9 MPa，韌性達(dá)13.3 MJ m^-3，導(dǎo)電高達(dá)10⁵ S m^-1，這大大加快了石墨烯纖維的制備進(jìn)程，為推動(dòng)石墨烯纖維的低成本、高效制備提供了新思路。

圖1. f-GO前驅(qū)體、f-GO纖維、化學(xué)還原f-GO纖維的制備流程圖。

圖2. f-GO與h-GO（a-h）表面化學(xué)、結(jié)構(gòu)和流變性能的差異，以及（i）f-GO纖維的形貌展示。

圖3. f-GO纖維與h-GO纖維的（a-b）表面褶皺形貌、（c-f）斷裂行為差異及（g）潛在的f-GO纖維斷裂機(jī)理。

圖4. 調(diào)控（a-c）紡絲針頭直徑和（d-i）牽伸比對(duì)f-GO纖維表面形貌、片層排列的影響和力學(xué)性能的優(yōu)化。

圖5. 化學(xué)還原f-GO纖維的（a）導(dǎo)電性能、（b-d）機(jī)械性能和（e-f）焦耳熱性能。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202112156