纳米高分子-高超课题组

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科技新突破：国家自然科学基金委为石墨烯纤维打call

来源：超级管理员发布时间：2023-09-15 作者：阅读数：1243次

近日，国家自然科学基金委主任窦贤康院士在接受《瞭望》新闻周刊专访时提到：在国家自然科学基金的长期资助下，我国科研人员在高铁、石墨烯纤维、燃煤机组超低排放、国产盾构机、免疫治疗等方面取得了突破性进展。

国家自然科学基金委

中国支持基础研究的主渠道，肩负着支撑推动我国基础研究高质量发展的使命，为全面培育我国源头创新能力作出了重要贡献。

石墨烯纤维

石墨烯纤维又称石墨烯基碳纤维，是浙江大学高分子系高超团队发明的新型碳纤维品种。2011年，高超团队发现氧化石墨烯水溶液可以自发形成液晶，采用液晶湿法纺丝技术，首次制备出连续的石墨烯纤维，开辟了“石墨-石墨烯-碳纤维”这一崭新路径，实现了石墨烯纤维“0到1”的突破。自诞生起，石墨烯纤维方向长期受到国家自然科学基金委的杰青、重点、重大等项目支持，科学认识不断深入，纤维性能不断提升，持续推进高性能化和高功能化，不断推动“1到10”的进步。石墨烯纤维代表了从石墨烯基元直接组装的新思路，形成了碳基材料“石墨烯基元组装”的新范式，有望解决碳材料结构功能一体化科学技术难题。

道阻且长，行则将至；征途漫漫，奋斗不歇。碳纤维的结构功能一体化，是未解的科学难题，也是对未来材料提出的重大需求。感谢国家自然科学基金委对该方向的长期支持，我们将不忘初心，持续奋进，力争取得更大进展，坚持产学研协同发展，努力把原创科研成果转化为原创产品，满足国家重大需求和人们高品质健康生活需求。

石墨烯纤维发展

新路线-石墨烯基碳纤维

2011年，高超教授提出了“石墨烯纤维”的概念，带领团队跳出了“石油→中间相沥青→高导热碳纤维”的传统路线，大胆创新，跳出固有框架，建立原创新理论，开辟独特的技术路线：石墨→单层氧化石墨烯液晶→高导热石墨烯基碳纤维。研究成果被Nature, Nature News, Scientific American等亮点评论，认为“实现了石墨烯在现实器件应用的关键一步”、“开辟了碳纤维制备的新途径”，被美、法、澳、中国等多个课题组跟进研究。石墨烯纤维结入选Nature 2011年度图像，为2005年以来唯一入选的中国科技成果。来源：Nat.Commun.2011,2,571

新策略-多尺度缺陷工程

系统地提出了“多尺度缺陷工程”策略，通过优化湿法纺丝工艺、多级拉伸诱导取向、纤维细旦化、高温热还原等关键技术创新，对石墨烯纤维多级多尺度缺陷进行控制，发现了石墨烯纤维的尺寸效应，揭示了“越细越强”现象背后的结构原理，进一步提高了纤维的综合性能。所制备的石墨烯纤维力学强度达2.2 GPa，杨氏模量达400 GPa，导电率达8×105 S/m，代表了当时最高的性能水平，为今后超越传统碳纤维和实现结构功能一体化目标打下了基础。

来源：Adv. Mater. 2017, 29, 1606794

新原理-溶剂塑化效应

发现溶剂塑化效应，通过向氧化石墨烯纤维中插层溶剂小分子实现纤维的塑化拉伸，减少氧化石墨烯片的无规褶皱，再经高温还原修复，获得了大单晶化石墨烯纤维，拉伸强度达 3.4 GPa，模量 341 GPa，导电率 1.2×106 S/m,导热率 1480 W/(m·K)，从实验上证实高强度高模量高导电高导热(四高)结构功能一体化石墨烯纤维是可以实现的。

来源：Adv.Funct.Mater. 2020,30,2006584

新发现-氧化石墨烯纤维可逆融合与分裂

团队基于二维氧化石墨烯（GO）片的理化特性首次发现并研究了 GO纤维及其复合纤维的精确可逆融合和分裂现象，相关研究论文以 “Reversible fusion and fission of graphene oxide based fibers”为题发表在《Science》（Science 2021,372,614）上。

论文评审专家认为：“该工作代表着可回收及智能纤维材料领域的一个突破。结果具有科学价值，可能引起跨多个研究领域的兴趣。”《Science》杂志对此成果发表了评论，来自日本信州大学的Rodolfo Cruz-Silva教授等对成果给予了高度评价：“氧化石墨烯纤维的可逆组装模仿自然，并有令人振奋的潜力去推动该领域向前发展”。

该项目成果一经发表，被《Science》、《Nano Today》、《Advanced Fiber Materials》、《CHEMICAL & ENGINEERING NEWS》、《Physics World》、《中国科学报》等国内外各大报刊、网站、自媒体评论或报道。

来源：Science 2021, 372, 614

新技术-石墨烯产业化“IPI路线”

研究成果打通了氧化石墨烯“料-材-器-用”全链条发展通路，完成了78项氧化石墨烯及其宏观组装成果相关专利权的转让，转让金额达2041万元。专利受让企业德烯科技在“原创知识产权体系和技术体系”基础上，通过自有生产线上产出的“纺丝级”单层氧化石墨烯，构建了二维大分子成纤理论模型，相继攻克了“纺丝级原料量产”、“缺陷控制”、“塑化拉伸”等技术难题，于2021年成功制备出高性能石墨烯基碳纤维丝束，为规模化生产奠定了基础。相关成果获得国家自然科学基金委重大项目资助，并荣获2021年度浙江省自然科学奖一等奖。

团队喜获2021年度浙江省自然科学奖一等奖

新产品-高导热石墨烯基碳纤维

2022年11月19日，产学研公司杭州高烯科技有限公司“高导热-石墨烯基碳纤维”在“2022（第九届）中国国际石墨烯创新大会”上全球首发。高导热-石墨烯基碳纤维的诞生，对全世界的碳纤维行业及石墨烯产业具有标志性的重大意义。采用全单层氧化石墨烯+石墨烯纤维制备技术是高烯科技的原创技术,全链条自主知识产权，技术壁垒高，是真正意义上的“大国新材”。

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