石墨烯纤维制备技术获重大突破，动态强度达14 GPa创纪录

石墨烯纤维制备技术获重大突破，动态强度达14 GPa创纪录

近日，石墨烯纤维领域迎来重大突破，刘忠范院士团队、耿凤霞教授团队和张锦院士团队分别在石墨烯纤维的量产、性能提升和多功能应用等方面取得了重要进展。这些研究不仅推动了石墨烯纤维的工业化进程，也为未来的广泛应用奠定了坚实基础。

刘忠范院士团队开发了一种新型化学气相沉积（CVD）技术，成功实现了石墨烯纤维的大规模稳定生产。该团队使用二氯甲烷作为碳源，通过Cl-CH2共吸附机制，显著提高了石墨烯的生长速率，比传统甲烷前驱体提高了约3个数量级，碳利用率更是提升了约960倍。

这一突破性进展使得石墨烯玻璃纤维织物（GGFF）的制备成为可能。GGFF具有轻质、柔性和优异的层级导电结构，可作为超灵敏压力传感器，用于监测人体运动和生理信号，如脉搏和声音信号。更重要的是，GGFF的大面积和可扩展生产能力使其在大型应用领域展现出独特优势，例如在飞机机翼传感器中的应用。

耿凤霞教授团队开发了一种创新的共价连接技术，通过芳香酰胺键在石墨烯边缘形成桥接结构，显著提升了石墨烯纤维的机械性能和导电性能。这种技术无需高温退火即可实现高性能，为石墨烯纤维的规模化生产铺平了道路。

实验结果显示，采用该技术制备的石墨烯纤维具有高达3.54 ± 0.25 GPa的拉伸强度和340 ± 32 GPa的杨氏模量，电导率更是达到了1.5 × 105 S m-1，这些性能指标均优于以往报道的类似条件下制备的石墨烯纤维。这一突破为石墨烯纤维在高端应用领域的实际应用奠定了坚实基础。

张锦院士团队在碳纳米管纤维的研究中取得了突破性进展。通过引入聚对苯撑苯并二噁唑（PBO）增强碳纳米管管间作用、机械训练提高取向性以及机械处理提高纤维致密性，该团队成功制备出动态强度高达14 GPa的碳纳米管纤维，这一数值超过了现有高性能纤维的强度记录。

研究团队通过微尺度高速冲击拉伸实验，揭示了碳纳米管纤维在高应变率加载下的力学行为。实验发现，随着应变率的提高，纤维的韧脆失效模式发生转变，展现出显著的应变率强化效应。当应变率达到约1400 s-1时，纤维的动态强度达到14 GPa。此外，激光诱导高速横向冲击实验进一步验证了纤维在模拟弹道冲击加载下的优异防护性能，比能量耗散功率达到(8.7 ± 1.0) × 1013 m kg-1s-1，远高于传统防弹纤维。

这些突破性研究成果标志着石墨烯纤维技术正迈向新的高度。随着制备技术的不断创新和性能的持续提升，石墨烯纤维有望在航空航天、高端制造及电子设备等领域实现更广泛的应用，为相关产业带来革命性的变革。