石墨烯纤维: 碳纤维的新趋势

人类在发掘、创造和利用纤维方面的才智，不仅满足了服装和住所的基本需求，还推动了技术和文化的重要进展。19世纪前，主要包括植物纤维、动物纤维和矿物纤维的天然纤维类被广泛应用，主导着人类生活。随着社会发展，为满足迅速增长的需求，并弥补天然纤维可用性的不足，由石化产品制造的合成聚合物纤维面世了。尽管工业和日常生活中充斥着种类繁多的商业纤维，人类对具备更佳机械性能的新型纤维的积极探索却从未停止。

碳纤维

碳纤维是一种兼具高性能和多功能的纤维类。自1883年在Joseph Swan先生手中诞生开始，碳纤维非凡的机械性能就注定了其经久不衰的魅力。除了卓越的强度，碳纤维还拥有丰富的功能特性，如良好的电/热导率、对化学和恶劣环境的有利抗性、高温下的稳定性等。碳纤维的诸多优异特点，使其成为飞机、车辆、电缆等许多高科技应用中不可或缺的组成部分。

在材料研究者的世界，碳纤维并是新型纤维的终极成果，而是一个有前途的开端。碳纤维各种优点的主要理论基础是互联的石墨结构，正是这种结构将优异的力学、电学、热学性能综合于一体。

石墨烯纤维

石墨烯纤维是一种新型的高性能碳纤维, 拥有丰富的功能性。它的诞生为我们揭示了一种利用矿物石墨制作碳纤维的新思路。研究者们对石墨烯纤维的结构和性能已有了初步认识，其临界控制参数也已得出。以这些理念为指导，石墨烯纤维的抗拉强度已升至GPa水平，电导率也更优秀，其组合特性已得到迅速提升，有望达到与传统碳纤维同等甚至更高的水平。

石墨烯纤维的最新进展督促着我们解决该材料的核心问题，即提高其综合性能——以机械强度和电/热导率为主。在力学层面，通过优化纺丝工艺参数，如拉伸比和纺丝速度，可使石墨烯纤维的排列更规律，微观结构更紧密。在原子层面，通过将外部交联试剂引入间层，或将石墨烯片部分转化为金刚石结构，可增强石墨烯片层间的间层作用，以期增加石墨烯纤维的机械强度。如今尤为重要的目标是以更具体的特性和相应属性为基础，建立石墨烯纤维的结构模型。

石墨烯纤维在功能性应用方面的杰出表现，比传统碳纤维更加令人惊叹。这些潜在的应用涉及轻量级导电电缆线、高能量密度的可编织超级电容器、可穿戴太阳能电池纺织品、环境响应制动器和微型电动机等。石墨烯纤维的功能性应用可能会化身为我们日常生活中的开创性商业产品，而这相较于石墨烯宏观材料的未来应用情景无异于小巫大巫。

原文作者：Zhen Xu，Chao Gao