以石墨烯纖維為代表的碳基纖維因其優異的導電性、導熱性、透氣性、柔韌性、阻燃性、質輕等特點，在功能性織物、儲能組件、環境修復等領域備受關注。 自2011年景展院長課題組通過干法紡絲技術獲得第一根純石墨烯纖維以來，石墨烯纖維的熱性能和電性能取得了長足的進步。 目前石墨烯纖維的最佳導電率和導熱率已達到S/m(Gao's, Adv..2016, 28, 6449-6456.)和/mK(Lian's, 2015, 349, 1083-1087.)。

圖1 干法紡絲制備石墨烯纖維

為了進一步將優異性能的石墨烯纖維推向大規模實際應用，最直接有效的途徑就是制備石墨烯纖維織物。 石墨烯纖維作為典型的碳基纖維，表現出數學和物理惰性，在不添加粘合劑的情況下，通過常規手段很難實現纖維之間的強相互作用，導致織物的綜合性能遠高于織物的水平。單根石墨烯纖維。

鑒于此，四川大學院長課題組在連續干法紡絲的基礎上研發了“濕法熔融組裝技術”（wet-）來制備石墨烯短纖維。 自熔現象使隨機取向的短石墨烯纖維在重疊節點處熔合在一起，成功研制出第一種由純石墨烯纖維組成的無紡布。

圖2 制備工藝流程圖

其制備工藝主要包括三個步驟：

1）氧化石墨烯短纖維的連續干法紡絲和預干燥；

2）氧化石墨烯短纖維干法熔融組裝生產無紡布結構；

3)氧化石墨烯纖維無紡布還原并經3000℃高溫石墨化處理得到石墨烯纖維無紡布。

該制備方法需要注意三個關鍵問題：

1）以氧化石墨烯短纖維連續紡絲作為無紡布的結構單元；

2）通過兩步干燥過程控制纖維的收縮，保持織物的結構；

3）通過纖維的熔合，使纖維之間產生很強的相互作用，從而產生結構穩定的纖維網絡。

圖3 氧化石墨烯纖維及制備的石墨烯纖維非織造布的干法熔融組裝過程

最終制備的全石墨烯纖維無紡布由隨機取向的石墨烯短纖維組成。 無紡布具有微孔、重量輕、具有良好的柔韌性和結構穩定性。 其最大的創新之處在于，石墨烯纖維通過干熔組裝的方式在重疊接頭處熔合，極大地改善了纖維之間的相互作用。

圖4 石墨烯纖維非織造布的微觀結構

這些全石墨烯纖維非織造布的面內電導率約為S/m，導熱率達到301 W/mK。 由于其密度低至0.22g/cm-3，其比熱導率和比電導率遠低于文獻報道的碳納米管薄膜和石墨烯薄膜，甚至低于單根石墨烯纖維。

圖 5. 導熱性和導電性

基于以上優異性能，石墨烯纖維無紡布可用作能源領域的電極材料、快速高效的電熱織物、吸收有機物的吸油紙等。 與商用電加熱裝置相比，石墨烯纖維無紡布具有熱響應快、工作濕度高等明顯優勢，有望在可穿戴電加熱領域大顯身手。 無紡布對有機物的吸附能力和吸附率明顯優于商用吸油氈，同時受益于較高的結構穩定性，可能比三元吸油氈更適合實際吸油應用。三維碳氣凝膠。

圖6 石墨烯纖維非織造布的電加熱和吸油應用

此外，構成無紡布的石墨烯纖維結構具有高度可設計性，這使得高性能、多功能石墨烯纖維織物在電熱、吸附、能源、催化、復合材料等領域具有廣闊的前景。

本文主要參考了以下資料。 圖片僅用于相關科學著作的介紹、評論、課堂教學或科學研究，不得用于商業用途。 如有版權問題，請隨時聯系我們！