织物是人类生产生活的必需品，伴随着人类文明的进步，从最早的动物毛发到天然棉麻再发展到现代文明的人造高性能纤维，织物得到了高速的发展。气凝胶纤维兼具气凝胶材料低密度、高孔隙率和纤维材料强韧、灵活的优点，在隔热、阻燃、智能穿戴等领域展现出了巨大的潜力。石墨烯气凝胶纤维以其优异的力学性能、导电性能、导热性能等特性，成为了新一代功能化智能织物的优选材料。传统的湿法纺丝方法中，石墨烯片层网络的弱搭接强度限制了石墨烯气凝胶纤维在力学强度和导电性等方面的提升，同时也限制了石墨烯气凝胶纤维织物的应用发展。
基于这一问题挑战，浙江大学高分子系许震研究员等基于预编织物的塑化溶胀法制备高性能石墨烯气凝胶纤维织物的方法，揭示了氧化石墨烯纤维塑化溶胀过程的取向优势，突破了石墨烯基高性能气凝胶纤维难以编织和规模应用的困境。相关成果以“Plastic-swelling Preparation of Functional Graphene Aerogel Fiber Textiles”为题发表于Advanced Fiber Materials。论文的第一作者为浙江大学硕士研究生齐玉祥和博士研究生夏雨星。
亮点一
基于塑化溶胀的方法，揭示了氧化石墨烯纤维塑化溶胀过程的取向优势。利用塑化拉伸的高取向氧化石墨烯纤维，制备了轴向取向度达0.76的石墨烯气凝胶纤维，相比于传统的湿法纺丝方法（取向度仅为0.62），提升了气凝胶纤维的力学强度。当密度为0.4 g cm-3时，气凝胶纤维拉伸强度可达103 MPa，比强度达到了261 MPa g-1 cm3。
亮点二
实现了石墨烯气凝胶纤维织物的制备。以氧化石墨烯纤维丝束预编织物为前驱体，通过调节塑化溶胀浴的溶剂组成，实现了结构完整、性能优异的石墨烯气凝胶纤维织物。
图1 塑化溶胀法制备石墨烯气凝胶纤维织物的示意图
图2 (a) 塑化溶胀法的取向优势示意图，(b, c, d, e) 三种气凝胶纤维的取向度, (f, g) 三种气凝胶纤维的拉伸曲线和比强度
图3 调节塑化溶胀浴的组成，氧化石墨烯凝胶纤维的(a, b)溶胀率、(c)密度和孔隙率、(d)断面SEM图, 不同密度的还原氧化石墨烯气凝胶纤维和石墨烯气凝胶纤维的强度(e)、导电率(f)，(g)不同材料的气凝胶纤维比强度的比较
图4 溶胀浴极性对织物结构稳定性的影响
图5 石墨烯气凝胶纤维织物在(a, b, c)电热、(d, e, f)光热和(g, h, i)相变复合储能领域的应用探索
论文得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研专项基金、浙江大学百人计划、浙江省博士后科研项目、山西浙大新材料与化工研究院、功能高分子国际研究中心等相关经费和机构的资助与支持。
原文链接：
https://doi.org/10.1007/s42765-023-00316-1
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