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石墨烯是由碳六元环组成的二维周期蜂窝状点阵结构，呈现出3种状态: 零维的富勒烯，一维的碳纳米管( cnt)和三维的石墨。石墨烯被发现以后，人们对其进行了大量的研究。石墨烯因具有优异的热力学性能和电学性能而广泛的应用于储能材料、生物材料及导电材料等。然而，目前制备的石墨烯材料的力学性能及电学性能远弱于单层石墨烯的理论值。

随着社会发展的需要，材料和电子器件功能的结合已成为一种必然。通过这种结合获得具有特定功能的石墨烯材料，实现材料和功能的完美融合，如：石墨烯锂电池、石墨烯超级电容器、石墨烯储氢器件等，以此来满足社会发展的需求，如市场上已出现的石墨烯加热服、石墨烯采暖壁画、石墨烯加热奶瓶、石墨烯加热垫等。

近年来，柔性电子织物及储能元件越来越受到人们的青睐，引起了研究人员极大的兴趣，包括柔性的太阳能电池和超级电容器等，而石墨烯纤维作为一种高强度高导电率的纤维材料刚好符合柔性电子织物及储能元件的要求，因此，研究人员对石墨烯纤维的研究越来越多，对其要求也越来越高。

本文主要对被赋予不同功能的石墨烯纤维的特点、制备方法及其应用进行了系统的论述，讨论了不同制备方法带来的差异性，分析了不同还原方法对最终纤维力学性能和电学性能的影响，并对其最终在柔性电子织物及储能领域的应用进行了展望。

石墨烯是一种片层的二维纳米粒子，不存在类似于高聚物的分子链，因此制备石墨烯纤维存在一定的难度，而且不同的制备方法所得的石墨烯纤维的力学强度和导电率也不一样。

现有的研究成果将石墨烯纤维的制备方法大致分为5类：液晶纺丝法、湿法纺丝法、静电纺丝法、电沉积法、化学气相沉积法(cvd) 。

1.1 液晶纺丝法

2011年，许震和高超将氧化石墨烯液晶化之后进行连续纺丝制得氧化石墨烯纤维，经化学还原后得到石墨烯纤维。这种石墨烯纤维具有较好的柔性，如图1所示，能够缠绕、打结、编织，具有优异的力学性能与应用前景。

2013 年，高超等利用液晶纺丝的方法将超支化聚缩水甘油醚(hpg)均匀地分散在液晶氧化石墨烯中，再通过湿法纺丝的方法得到了超高拉伸强度的仿贝壳石墨烯纤维。他将液晶自成模法与传统的湿法纺丝法相结合制备了仿生结构的纤维，方法新颖。

1.2 湿法纺丝法

刘杰等和邹祖炜等将碳纳米管分散到氧化石墨烯溶液中利用湿法纺丝的方法得到石墨烯/碳纳米管复合纤维。碳纳米管的加入大大提高了石墨烯纤维的拉伸强度和电导率。所得石墨烯纤维的电导率分别为210.7和212 s/cm。

sang su yoon 等和高超等都采用了湿法纺丝的方法将片层石墨烯与纳米银颗粒进行混合纺丝制备了石墨烯/纳米银复合纤维。这种方法制备的纤维结构均匀，银纳米颗粒均匀分散，同时所得的石墨烯复合纤维的电导率分别为15 830和930 s/cm，远高于石墨烯/碳纳米管复合纤维。

通过对比发现，在石墨烯纤维中添加导电性较好的纳米颗粒可大大增加石墨烯纤维的电导率，例如添加纳米银颗粒可更有效地提高石墨烯纤维的电导率。

1.3 静电纺丝法

hidetoshi matsumoto 等将氧化石墨烯(go) 与聚丙烯腈(pan)混合通过静电纺丝制得复合纤维，其拉伸强度和电导率分别为179 mpa和77 s/cm。邱介山等将还原氧化石墨烯(ｒgo) 与聚丙烯腈( pan)均溶于dmf中利用静电纺丝的方法得到ｒgo / pan复合纤维，再经过高温煅烧后得到ｒgo/活性炭复合纤维，其电导率为42. 6 s/m。

沈剑锋等和陈思浩等同样利用静电纺丝的方法制备了石墨烯复合纤维，但这些静电纺丝法制备的石墨烯纤维的导电率都较低，远小于湿法纺丝制备的石墨烯纤维。

1.4 电沉积法

于志豪等利用电化学还原法还原ito上的氧化石墨烯，然后再通过电沉积的方法在其表面沉积纳米金颗粒，得到石墨烯/金复合材料。ｒobert等和曲良体等同样利用电沉积的方法分别得到石墨烯/碳纳米管复合纤维与石墨烯/mno2复合纤维，如图2所示。

1.5 化学气相沉积法

钟小华等通过化学气相沉积法(cvd)制备了碳纳米管/石墨烯复合纤维，其由多股纱线复合而成。而原纤为多壁碳纳米管和石墨烯片组成的复合纤维。该复合纤维的拉伸强度和电导率分别为300 mpa和1000 s/cm。曲良体等同样利用cvd法将cnts直接生长在石墨烯纤维的表面，得到石墨烯/cnts 复合纤维。这种方法得到的纤维其拉伸强度和电导率分别为24. 5mpa 和12 s/cm。

以上5种方法所制得的石墨烯纤维的力学性能及导电性具有明显的差异性。其中，湿法纺丝制得的石墨烯/纳米银复合纤维导电率最高。

石墨烯纤维的性能受很多因素的影响，已有研究大致将其影响因素分为3类：制备方法、填料、还原方法。

2.1 制备方法

不同的制备方法所得的石墨烯纤维性能不同。受传统的纺丝方法的影响，液晶纺丝、湿法纺丝和静电纺丝所纺制的纤维本身的性能就具有一定的差异。对比了几种方法制得的石墨烯纤维的力学性能发现，液晶纺丝制得的石墨烯纤维拉伸强度都较高，而静电纺丝制得的石墨烯纤维拉伸强度大都比较低。

2.2 填料

不同的填料对石墨烯纤维的拉伸性能及导电率有着不同的影响。本文主要对比了3种填料对石墨烯纤维性能的影响：高聚物、无机非金属、金属。一般情况下填料为高聚物时都是通过静电纺丝的方法制备石墨烯纤维。

转自：烯碳资讯