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    下一個目標：石墨烯纖維的力學強度

    在實驗室里，高超和許震制成了幾十米長的石墨烯纖維。“用石墨烯納米片紡成十米絲的難度，相當于用普通打印紙疊成一千公里長繩子的難度。”

    高超說：“石墨烯很難溶解，難以開展對其液相性質的深入研究。另外，由于溶解度低、缺少組裝方法，如何實現石墨烯有序排列的宏觀纖維是該領域的一大挑戰。”

    他們使用了一種叫濕法紡絲的工業方法。通過氧化，他們先將石墨變成氧化石墨烯，這是一種易溶解的石墨烯衍生物。高濃度的純氧化石墨烯溶液看似半固體半液體的分散液，可以像黏稠的液體一樣流動，但是，其中的氧化石墨烯片卻自發地整齊排列。

    要知道，紡絲時必需讓所有的石墨烯片沿纖維的軸向排列，否則，只要有一片石墨烯“不聽話”而橫向排列，就會形成纖維的缺陷，極容易在此處斷裂而無法進行連續紡絲。高超解釋：“正是因為這種有序的內部結構，使得我們得到的液晶分散液可以很好地用于纖維的紡制。”然后，采用化學還原的方法將其處理，就得到了可以導電的石墨烯長纖維。

    通過液晶紡絲，制得了石墨烯連續纖維，開辟了由天然石墨室溫制取純碳基纖維的新通道。纖維導電性好、強度高、韌性佳，可打結，也可編織成各種導電織物。這種石墨烯纖維在柔性器件及高性能復合材料等領域具有良好的應用前景。

    雖然石墨烯并不是第一個用于連續制備纖維的碳材料(在這之前還有傳統的碳纖維和碳納米管纖維)，但是石墨烯纖維有著自己獨特的優勢。高超介紹說：“碳纖維需要高溫處理(高于1000攝氏度)才可以得到，而我們的石墨烯纖維在室溫下用水溶液紡絲即可制得，其制備過程相當方便快捷、綠色環保”。

    如何提高石墨烯纖維的力學強度是高超小組的下一個目標。他們初步制備的石墨烯纖維有著一些結構上的缺陷，從而降低了它的力學性能。“盡管現在石墨烯纖維的力學強度與碳纖維相比還有較大的差距(其韌性遠優于碳纖維)，但我們相信其進一步提高的空間還很大”。

    當然，如果主要利用的是石墨烯纖維的高導電性能，纖維的高強度并不是必須的。研究石墨烯合成的新加坡南洋理工大學張華教授認為：“這種纖維一定有它的用武之地，例如可能用于觸摸面板、傳感器或者功能織物等”。

    ■延伸閱讀

    為揭開手性之謎鋪路

    “從學術上講，可以說開拓了二維納米材料手性液晶和宏觀組裝纖維這兩個新方向。”這項研究有兩個方面的重要影響。制成的石墨烯纖維是二維納米材料宏觀組裝纖維方向的成果，那么二維納米材料手性液晶指的是什么？

    通過與高超教授的交談，記者了解到，原來這是一篇文章中的兩項重要成果。簡言之，如果獲得了石墨烯長纖維是一種創造，那么前者就是一種發現。

    首先我們先要了解，什么是手性？這種情形像是鏡子里和鏡子外的物體那樣，看上去互為對應。由于是三維結構，它們不管怎樣旋轉都不會重合——如果你注意觀察過你的手，你會發現你的左手和右手看起來似乎一模一樣，但無論你怎樣放，它們在空間上卻無法完全重合。

    “宇宙大爆炸以后就形成了手性，只要有螺旋就有手性，常見物質如基因、蛋白質、氨基酸都是手性的。”高超解釋說，但這些都是小分子或一維結構的。迄今為止，二維粒子的手性液晶還未被發現。那么，二維粒子手性液晶相是否存在？又如何才能形成螺旋排列結構？研究提出的“扭曲層狀塊模型”就解開了二維膠粒如何形成連續螺旋結構的謎題。“它能增加知識、擴大認識，使我們了解物質的液相結構規律，為最終揭開手性的秘密鋪了一塊石級。”