圖一：一根四米長的石墨烯纖維

圖二：石墨烯纖維打成的結(jié)
    
    最近，浙江大學(xué)高分子系高超教授的課題組證明：納米級(jí)的氧化石墨烯片可以紡制成長達(dá)數(shù)米的宏觀石墨烯纖維。所制備的纖維不但強(qiáng)度高，而且韌性好，可以打成結(jié)或者編織成導(dǎo)電的墊子。這種纖維可能是實(shí)現(xiàn)石墨烯在現(xiàn)實(shí)器件（例如柔性電池和太陽能電池）應(yīng)用的關(guān)鍵材料。
    
    相關(guān)論文發(fā)表在在最新一期Nature Communications上（2011，2，571）。同時(shí)該文章被Nature News以“Graphene Spun into metre-long fibres”為題做了專門報(bào)道。
    
    石墨烯（Graphene），即單層石墨片，是繼富勒烯、碳納米管之后碳納米家族的一個(gè)新成員。由于石墨烯有著豐富而獨(dú)特的固相性質(zhì)，如很高的電導(dǎo)率、優(yōu)異的導(dǎo)熱性、極快的載流子傳輸速度及最高的機(jī)械強(qiáng)度等，在場效應(yīng)晶體管、透明電極、納米結(jié)構(gòu)及功能復(fù)合材料、鋰離子電池、超級(jí)電容器等諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但石墨烯也有一個(gè)“壞脾氣”，那就是難以溶解，這引起了很多科學(xué)家開展對(duì)其液相性質(zhì)的深入研究。另外，由于溶解度低、缺少組裝方法，如何實(shí)現(xiàn)石墨烯有序排列的宏觀纖維是該領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。想要很好地利用石墨烯的這些性質(zhì)就要找到將微小的（一微米寬）二維碳納米片有效地排列成宏觀材料的方法。
    
    高超課題組的研究人員找到了其中的方法。他們使用了一種叫濕法紡絲的工業(yè)方法將氧化石墨烯（一種易溶解的石墨烯衍生物）的水溶液紡制成長達(dá)數(shù)米的纖維。然后，采用化學(xué)還原的方法將其處理，得到了石墨烯長纖維。
    
    “近些年，人們在石墨烯的基本性質(zhì)研究方面取得了很大的進(jìn)展。但在我們的研究之前，人們很難想象怎樣才能將不足一納米厚的石墨烯片變成宏觀的纖維材料。”作者之一高超介紹，“在這一領(lǐng)域，之前的研究都集中在制備石墨烯紙。然而，這一形式的材料尺寸上只有數(shù)毫米至幾厘米，而無法像纖維一樣能夠連續(xù)制備得到人們想要的長度”。
    
    這個(gè)小組制備石墨烯纖維的訣竅在于先制備高濃度的純氧化石墨烯溶液。盡管這一看似半固體半液體的分散液可以像粘稠的液體一樣流動(dòng)，但是，其中的氧化石墨烯大分子卻自發(fā)地整齊排列。高超解釋：“正是因?yàn)檫@種有序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得我們得到的液晶分散液可以很好地用于纖維的紡制。”據(jù)介紹，這種石墨烯纖維在室溫下用水溶液紡絲即可制得，其制備過程相當(dāng)方便快捷、綠色環(huán)保。
    
    如何提高石墨烯纖維的力學(xué)強(qiáng)度是高超小組的下一個(gè)目標(biāo)。他們初步制備的石墨烯纖維有著一些結(jié)構(gòu)上的缺陷，這些缺陷降低了它的力學(xué)性能。“盡管現(xiàn)在石墨烯纖維的力學(xué)強(qiáng)度與碳纖維相比還有較大的差距（其韌性遠(yuǎn)優(yōu)于碳纖維），但我們相信其進(jìn)一步提高的空間還很大。”高超說。
    
    （周煒）