传统的高温热处理被认为是还原氧化石墨烯纤维、消除非碳杂质、提高石墨烯纤维结晶度的最有效途径之一。但是，这种方法需要在高温(>2000℃)下持续相当长的时间(>12 h)，导致生产率下降，制造成本增加。焦耳加热是一种高效制备热稳定或亚稳态材料的先进方法。在焦耳加热过程中，当电流流过导体时，温度可以在几秒钟内达到约3000 K，这克服了传统加热类型需要大型炉，升温速率低的困境。因此在石墨烯制备中显示出高效节能的优势。
近日，北京大学刘忠范院士、亓月等人合作，设计一个动态焦耳加热系统，实现了超短的高温(≈2000℃)、处理时间(≈20 min)与低能消耗(≈2000 kJ m-1)的石墨烯纤维连续制备。并通过电流操纵石墨烯薄片，诱导其排列，进一步提高石墨烯纤维的电学和力学性能。该研究以“Electric Current Aligning Component Units during Graphene Fiber Joule Heating”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。
文章亮点：
焦耳加热可在高温(≈2000℃)、处理时间(≈20 min)与低能消耗(≈2000 kJ m-1)下将有缺陷的石墨烯氧化物转化为高度结晶的石墨烯纤维。
利用感生电场对石墨烯薄片定向，使其平行于电流方向，增加构象顺序，从而进一步改善纤维性能。
与未施加电流的传统热退火处理的石墨烯纤维相比，焦耳加热石墨烯纤维表现出更高的Herman's取向因子(0.73,增加了16%)，获得了更优异的导电性(5.9×105S m-1, 增加了11%)和拉伸强度(1.07 GPa, 增加了20%)。
焦耳加热策略制备的石墨烯纤维
原文刊载于【高分子科学前沿】公众号
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