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近年來，石墨烯以其高楊氏模量、高斷裂強度、優(yōu)異的載流子遷移率等物理化學性能在國際上受到了廣泛關注。為了將單片石墨烯的優(yōu)異性能轉移到其宏觀組裝體上（石墨烯纖維、石墨烯薄膜、石墨烯氣凝膠等），科學家們以石墨烯和氧化石墨烯為原料進行了大量的嘗試。其中，具有高強度、高導電導熱性的石墨烯纖維展現了其在儲能、阻燃等領域的巨大應用前景。

目前，制備石墨烯纖維主要利用氧化石墨烯水溶液為原料，采用溶液紡絲法以及后續(xù)還原過程進行制備。此外，通過調控石墨烯片尺寸、引入離子交聯、與聚合物混合等方式可以有效提高石墨烯纖維力學強度。然而根據格里菲斯理論，纖維力學強度的增強往往基于犧牲其斷裂伸長率，而過小的斷裂伸長率限制了纖維在實際生產中的應用。

北京化工研究院塑料加工中心團隊開發(fā)的高強度、高斷裂伸長率石墨烯基碳纖維很好的彌補了上述缺憾。根據研究，石墨烯纖維的力學強度主要受其內部缺陷的分布、大小、位置所控制；另一方面，其斷裂機制可用“拉伸-剪切”模型進行描述，即石墨烯纖維斷裂主要由其內部石墨烯片層的相對滑動引起。

利用目前技術所制備的石墨烯纖維在其內部存在大量缺陷，且石墨烯片層間僅存在微弱的范德華力，因此難以達到較高力學性能。北京化工研究院科研團隊改進了原有制備方法，在氧化石墨烯纖維中添加酚醛樹脂并高溫碳化使其轉化成無定形碳，新生成的無定形碳位于石墨烯片層之間，可以彌補纖維內部部分缺陷并使纖維致密化，從而增強纖維拉伸強度。

同時，無定形碳可在石墨烯片層間引入新生成的C-C化學鍵，增強石墨烯片層間的相互作用，阻止纖維在拉伸力作用下石墨烯片層的相對滑動，從而實現在增強力學強度的同時增加其斷裂伸長率。利用此種方法所制備的石墨烯基碳纖維拉伸強度可達1.45 GPa，斷裂伸長率達到1.8 %，分別較純石墨烯纖維提高113 %和38 %，其楊氏模量也達到120 GPa。此外，由于缺陷的減少以及新化學鍵的形成，纖維的導電性能也得到有效提高，電導率達到8.4×104  S/m。

該種方法所制備的石墨烯基碳纖維以其高強度、高斷裂伸長率、高電導率等特點，有望廣泛用于可穿戴器件、儲能、輕質導線、太陽能電池材料等領域。