2011年,高超課題組已經(jīng)嘗試將納米級的氧化石墨烯片紡制成長達(dá)數(shù)米的宏觀石墨烯纖維。這種制成石墨烯纖維不但強度高,而且韌性好,可能是實現(xiàn)石墨烯在現(xiàn)實器件(例如柔性電池和太陽能電池)應(yīng)用的關(guān)鍵材料。
2012年,高超課題組在原來一維纖維的基礎(chǔ)上研究石墨烯組成的仿貝殼的二維復(fù)合材料,具有超強的力學(xué)性質(zhì)和良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱特性。而碳海綿,則是高超將石墨烯制成的三維產(chǎn)品。
針對目前市場對碳海綿的熱炒,高超認(rèn)為,目前最易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的是復(fù)合材料增強尼龍。這里的復(fù)合材料是石墨烯紡絲纖維的一項應(yīng)用。
實驗數(shù)據(jù)表明,采用此復(fù)合材料,尼龍的重量只增加1‰,強度有望增加1倍。這意味著,如若能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化,尼龍的年資源消耗量將降低1/2。此外,與碳纖維相比,石墨烯紡絲纖維制造過程中污染較少,而碳纖維一般采取濕紡,過程腐蝕性非常強,污染嚴(yán)重。
高超介紹說,科研人員同時還在嘗試提高紡絲纖維的強度。目前,石墨烯紡絲纖維的強度離碳纖維強度還有很大差距,約為0.5gpa,一旦能夠達(dá)到1gpa,即可實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。據(jù)樂觀估計,一旦紡絲纖維強度達(dá)到10gpa,就意味著太空電梯的夢想更進(jìn)一步。
另外,高超告訴記者,由于石墨烯的導(dǎo)電特性,石墨烯紡絲纖維的另一個可能運用領(lǐng)域為超輕導(dǎo)線。上述超輕導(dǎo)線重量大大輕于金屬導(dǎo)線。不過,他告訴記者,雖然理論證實石墨烯在室溫下傳遞電子的速度比已知所有的導(dǎo)體和半導(dǎo)體都快,但目前其導(dǎo)電性并比不上金屬,還有待改進(jìn)。
“超薄納米過濾膜就是化學(xué)氧化石墨烯另一個運用領(lǐng)域!备叱榻B說,氧化石墨烯既可以制成宏觀石墨烯纖維,還可以制成超薄納米過濾膜。據(jù)介紹,通過化學(xué)氧化還原法,石墨烯會形成天然孔洞,孔洞直徑約1~2納米,有望用于環(huán)保過濾和海水淡化。