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石墨烯,如何使电纺纳米纤维的性能更优异?
2021/12/21 15:47:22 admin

导语:

石墨烯具有优异光学、电学、力学性能,在材料学、能源、生物医用和药物传递等方面具有重要的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料,是近几年的研究热点,研究成果也频繁出现在Nature、Science等各大国际著名期刊上。那么,静电纺纳米纤维与石墨烯的结合又会有哪些新奇的创新研究呢?

近日,易丝帮梳理了近期6篇关于静电纺纳米纤维与石墨烯在空气过滤、传感器以及电子皮肤材料方面的最新研究进展,供大家了解学习。


1. 浙江大学许震、高超与青岛大学谭业强等Adv. Fiber Mater. :静电纺丝法制备纯石墨烯纳米纤维

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➣本研究通过实现调控高含量氧化石墨烯分散体的巨大延伸流动状态来实现静电纺石墨烯纳米纤维。

➣通过添加少量的高分子量聚合物作为瞬态拉伸稳定剂,以实现氧化石墨烯分散体的较好拉伸性能和稳定的静电纺丝。聚合物的较低含量确保了直径为100-900 nm的纯石墨烯纳米纤维的连续长度达十几厘米。

➣高温热处理后,石墨烯纳米纤维具有2.02×106 S/m的高导电性,接近单晶石墨。同时,该项工作制造了具有良好柔韧性、高强度和优异导电/导热性的大面积石墨烯纳米纤维织物。 

DOI: 10.1007/s42765-021-00105-8


2.   东华大学俞建勇院士、丁彬教授Nat. Commun.:突破传统的高效降噪柔性陶瓷纳米纤维海绵

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➣东华大学俞建勇院士、丁彬教授和张世超研究员通过结合定向冷冻干燥技术和抗坏血酸还原方法,构建了具有分层缠结石墨烯网络结构的柔性陶瓷纳米纤维海绵(FCNSs)。

➣由于由柔性SiO2纳米纤维(SNFs)和还原氧化石墨烯(rGO)组成的独特的分层纠缠结构,获得的FCNSs具有超低体积密度、温度不变的超弹性和良好的弯曲性。

➣FCNS 显示出增强的宽带噪声吸收性能(63-6300 Hz 下的降噪系数为 0.56)和轻质特性(9.3 mg cm-3),打破传统吸声材料吸收频带窄(>1000 Hz)的瓶颈。

DOI: 10.1038/s41467-021-26890-9


3. 上海交通大学郭守武J. Power Sources:在超级电容器中嵌入碳纳米纤维实现石墨烯薄膜中的离子可及性

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➣本研究报道了通过层层静电纺丝技术制备独立层压石墨烯/碳纳米纤维薄膜作为高面积负载电极的新方法。

➣石墨烯/碳纳米纤维薄膜独特的层压结构可以增强电解质的渗透性,增加离子/电子的输运。

➣采用制备的石墨烯/碳纳米纤维薄膜作为电极的对称超级电容器(SCs)在电流密度为1 mA cm−2时,面积比电容达到1536 mF cm−2。

➣在功率密度为1 mW cm−2时,SCs的面能密度可达0.22 mWh cm−2,面质量载荷为24 mg cm−2。

DOI: 10.1016/j.jpowsour.2021.230559


4. 新加坡国立大学张岁Sci. Adv. :静电纺多孔单层石墨烯膜用于超快有机溶剂纳滤

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➣新加坡国立大学张岁团队以铜箔上生长的单层石墨烯为接收器,通过简便的 PAN 和 PVDF 静电纺丝技术,将单层石墨烯与纳米纤维薄膜牢固结合在一起,制备出了单层石墨烯溶剂纳滤膜。

➣该薄膜具有优异的有机溶剂纳滤性能,乙醇渗透率达到了创纪录的156.8 L·m-2·hour-1·bar-1,对玫瑰红染料的截留率超过 94.5 %,表现出了更优的渗透率和选择性。

➣石墨烯纳米纤维膜的高孔隙率和低缺陷的特点,使他们的薄膜均远高于当前研究文献和商业薄膜的水平。

DOI: 10.1126/sciadv.abg6263


5. 上海科大凌盛杰Adv. Mater.:气流辅助静电纺丝法设计阻燃报警的蚕丝纳米纤维/石墨烯多功能电子皮肤 

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➣以天然丝蛋白与石墨烯为原材料,通过高效的气流辅助静电纺丝方式制备了由丝蛋白纳米纤维离子导体和石墨烯片共同构成了多级结构的电子皮肤。

➣SGNI表皮中的石墨烯片在丝纤维上形成一个致密的残余碳层,该碳层捕获了不可燃气体,并阻止氧气与材料接触。

➣材料可在接触火焰后2秒内迅速触发报警机制,实现三终端同时报警的功能。此外,可将所制备的电子皮肤集成于机器人手部,在遇到火情刺激时激发机器人的自我保护机制,使其做出撤手等一系列规避危险的动作。

DOI: 10.1002/adma.202102500


6. 上海交通大学杨斌Adv. Mater.:用于人机交互的柔性非接触式传感

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➣本研究提出了一种柔性的高灵敏度湿度传感器及其阵列,通过将多层石墨烯(MG)锚定在静电纺聚酰胺(PA) 66中制备而成。

➣通过实时监测呼吸速率和远程报警系统,该传感器以非接触式模式工作,用于哮喘检测,并为卧床患者提供药物递送的非接触式接口。

➣PA66纳米纤维网络具有大比表面积的物理结构和丰富的吸水官能团的化学结构,这两种结构具有协同增效作用。

➣在相邻MG之间成功构建了导电路径,进一步表现出超灵敏的特性。

DOI: 10.1002/adma.202100218


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