朱美芳院士：把碳纤维穿在身上

纤维对人们来说并不陌生。从10，000年前的动物皮、树皮和草叶，到公元前的天然纤维，再到20世纪以来每个人都穿着的合成纤维，纤维已经深深地嵌入了人类服装的进化史。将来，我们可以用什么样的纤维来做衣服？

“智能碳基纤维。”在爱思唯尔在线3月30日举办的能源前沿论坛上，中国科学院院士、东华大学材料科学与工程学院院长朱教授给出了答案:“世界上70多亿人不仅需要穿得漂亮，还需要穿得更智能。”

温暖不再是服装的唯一要求。朱说，1940年以前，人类处于天然纤维和人造纤维的时代。人们经常用棉、麻、丝、羊毛、粘胶和其他纤维材料来做衣服。从1950年到1980年，人类进入了传统合成纤维的时代，从1980年到2000年，人类进入了分化纤维的时代，如使用外来纤维和易染纤维。进入新世纪以来，功能纤维时代已经开始，抗菌纤维、阻燃纤维、抗静电纤维、耐光老化纤维等产品进入市场。

近年来，智能服装逐渐成为一种时尚，可穿戴的电源设备也开始受到追捧。

“可穿戴电源可以为传感器、集成电路和显示屏等电子设备提供持续的电力驱动。在不久的将来，能量转换和能量存储设备将与其他可穿戴设备高度集成，而能量存储设备将是一个关键环节。”朱对说:

那么，什么材料被用来制造这种存储设备呢？朱看中了碳基纤维。

“碳基纤维是理想的电极材料。石墨烯和其他碳材料，由于其高导电性和优异的电化学性能，将在这种智能服装上大放异彩。”

如何将硬碳转化为软纤维，如何设计具有优异储电性能的碳基混杂纤维成为技术挑战。

多年来，为应对这样的挑战，带领科研团队不断探索。2015年，他们首次开发了一种非液晶湿法纺丝方法来连续制备石墨烯纤维。向氧化石墨烯液晶溶液中加入氢氧化钠，形成非液晶相纺丝溶液，用乙酸作为凝固浴。他们利用自制的湿法纺丝设备和后还原处理技术制备了多孔石墨烯纤维。

“碱液的加入增强了氧化石墨烯片之间的静电排斥，削弱了含氧官能团之间的氢键相互作用，从而防止了片之间形成液晶态；此外，初生丝表层的酸碱反应和芯部的静电排斥也阻止了纺丝过程中层状取向结构的形成，最终实现了纤维的多孔结构。”朱对说:

不仅如此，他们还实现了石墨烯纤维的连续制备以及石墨烯纤维器件和织物的集成。

在此基础上，和他的团队开发了各种类型和结构的石墨烯混杂纤维，如聚乙烯醇/石墨烯纤维、纤维素纳米晶/石墨烯纤维等。最近，该团队还通过浮动催化化学气相沉积成功制备了碳纳米管杂化纤维，用该杂化纤维组装的超级电容器的电化学性能得到了显著提高。

“碳基混合纤维的高导电性和多孔特性使可穿戴储能装置显示出大规模应用的前景。”朱对说:

她还表示，未来该领域仍有一些问题需要解决，如氧化石墨烯原料的低成本、稳定化和标准化，石墨烯纤维器件和改性聚合物纤维的大规模生产，以及实用技术的研发等。

“我们还将进一步提高基础研究和技术创新水平，设计和组装质量更高、渗透性更好的碳基纤维和器件。”朱对说: