由納米尺度的基本單元出發(fā)制備宏觀高性能材料是納米科技領(lǐng)域的重要方向，也是將自組裝科學(xué)推進(jìn)到現(xiàn)實(shí)材料應(yīng)用的重要途徑。近十年來，在高性能纖維領(lǐng)域，碳納米管的發(fā)現(xiàn)將纖維的綜合性能推進(jìn)到了全新的高度。自2004年石墨烯這一新型碳二維納米材料的發(fā)現(xiàn)開始，它超高的強(qiáng)度、良好的韌性、優(yōu)良的導(dǎo)電率以及最高的熱導(dǎo)率等優(yōu)異的物理性質(zhì)決定了石墨烯可以作為一種理想的二維納米構(gòu)筑單元來制備宏觀高性能材料。2011年，氧化石墨烯液晶的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了制備石墨烯宏觀有序材料的熱潮。從氧化石墨烯液晶出發(fā)，浙江大學(xué)高超研究小組實(shí)現(xiàn)了石墨烯纖維的連續(xù)制備，為高性能纖維家族增添了一個(gè)極具潛力的新成員。

最近，該課題組進(jìn)一步制備了大片的氧化石墨烯，利用上海光源X射線小角散射（SAXS）線站同步輻射SAXS實(shí)驗(yàn)技術(shù)，確認(rèn)了其溶液中內(nèi)部的有序結(jié)構(gòu)。研究人員從大片氧化石墨烯液晶出發(fā)制備了超強(qiáng)的連續(xù)石墨烯纖維（圖1右3）。石墨烯的大尺寸會(huì)減少石墨烯片層邊緣之間疊合帶來的缺陷，同時(shí)優(yōu)化的“濕拉”紡絲工藝實(shí)現(xiàn)了石墨烯片沿纖維軸向的致密規(guī)整排列。在石墨烯纖維制備過程中，通過SAXS表征了氧化石墨烯液晶紡絲原液中三維方向取向到氧化石墨烯凝膠纖維中沿纖維軸向取向的結(jié)構(gòu)演變（圖2）。通過引入二價(jià)金屬離子交聯(lián)結(jié)構(gòu)將石墨烯纖維強(qiáng)度提升至0.5GPa，這是目前所報(bào)道的純石墨烯材料強(qiáng)度的最高值。這種石墨烯纖維在具有超高強(qiáng)度的同時(shí)還兼具良好的導(dǎo)電性和柔韌性，其導(dǎo)電能力在彎曲-伸直1000次后沒有任何減弱，預(yù)示著石墨烯纖維這一新品種高性能纖維材料在多功能織物、柔性可穿戴傳感器、超級(jí)電容器、輕質(zhì)導(dǎo)線等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。該成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》上（Advanced Materials，2013，25，188-193），文章發(fā)表后被“Materials Views China”以“由石墨制取超強(qiáng)連續(xù)石墨烯纖維”為題進(jìn)行亮點(diǎn)評(píng)價(jià)。