CN109280994B - 石墨烯纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯纤维及其制备方法，所述方法包括：(1)将氧化石墨烯与极性溶剂混合，得到氧化石墨烯液晶分散液；(2)将聚丙烯腈粉末与乙醇、水和无机物混合溶胀，得到聚丙烯腈溶液；(3)将所述氧化石墨烯液晶分散液在所述聚丙烯腈溶液中凝固成型、水洗和干燥，得到氧化石墨烯纤维；(4)将所述氧化石墨烯纤维进行热稳定化和碳化处理，获得石墨烯纤维。采用该方法所制备的石墨烯纤维具有较好的致密性，具有较高的力学性能。具体的，与普通的石墨烯纤维相比，本发明所得的石墨烯纤维的单丝强度可提高至少9％，模量可提高至少12％。

Description

石墨烯纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种石墨烯纤维及其制备方法。
背景技术
自2004年以来第一次制备出石墨烯以来，石墨烯就作为一种新型碳材料备受关注。它是一种完全由sp2杂化的碳原子构成的厚度仅为单原子层或者数个单原子层堆叠而成的二维晶体材料，具有极高的透光性(97％)、高导电性(108S·m-1)、高导热性(5300W m-1·K-1)和最高的拉伸强度(125GPa)、杨氏模量(1100TPa)。石墨烯的这些优异性能使其广泛应用于许多领域，但大多都是作为增强材料使用，而石墨烯的组装材料相对较少，主要集中在水凝胶、气凝胶以及薄膜，直到2011年石墨烯纤维的出现，石墨烯家族才又增加了一种宏观组装材料，石墨烯纤维的制备已成为当前的研究热点。
氧化石墨烯是大规模制备石墨烯的重要前驱体，是一种重要的石墨衍生物，由于其表面含有大量的含氧官能团，如羟基、羧基、环氧基等亲水活性基团，因而可以单独分散在水中，形成稳定的分散液，这就为氧化石墨烯纤维的成型提供了很好的物质基础。
一维的纤维材料由于其具有较高的轴向力学性能，被广泛使用于各个领域，尤其是可以作为树脂的增强体与树脂一起制备复合材料。目前制备的石墨烯纤维普遍存在一个问题：纤维的力学性能远远低于其理论力学性能，主要原因之一是因为纤维内部不够密实，存在孔洞，导致纤维的力学性能较低。因此，现有的制备石墨烯纤维的技术有待进一步改进。
发明内容
本发明旨在一定程度上解决上述问题，本发明的目的是提供一种石墨烯纤维及其制备方法，采用该方法得到的石墨烯纤维与普通的石墨烯纤维相比具有较高的力学性能，具体的，本发明所得的石墨烯纤维的单丝强度可提高至少9％，模量可提高至少12％。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备石墨烯纤维的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：(1)将氧化石墨烯与极性溶剂混合，得到氧化石墨烯液晶分散液；(2)将聚丙烯腈粉末与乙醇、水和无机物混合溶胀，得到聚丙烯腈溶液；(3)将所述氧化石墨烯液晶分散液在所述聚丙烯腈溶液中凝固成型、水洗和干燥，得到氧化石墨烯纤维；(4)将所述氧化石墨烯纤维进行热稳定化和碳化处理，获得石墨烯纤维。
优选的，在步骤(1)中，所述极性溶剂包括水、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的至少一种。
优选的，在步骤(1)中，所述氧化石墨烯液晶分散液的浓度为1～20mg/mL。
优选的，在步骤(2)中，所述乙醇与水的体积比为(2～5)：1。
优选的，在步骤(2)中，所无机物为硫氰酸钠、氯化锌和硝酸中的至少之一。
优选的，在步骤(2)中，所述聚丙烯腈溶液中，所述无机物的质量分数为40～80％。
优选的，在步骤(2)中，所述聚丙烯腈溶液中，所述聚丙烯腈的质量分数为0.5～8％。
优选的，在步骤(3)中，所述氧化石墨烯液晶分散液在所述聚丙烯腈溶液中凝固时间为3～20min。
优选的，在步骤(4)中，所述热稳定化处理的温度为150～400摄氏度，时间为1～5小时，气氛为空气气氛。
优选的，在步骤(4)中，所述热稳定化处理过程的牵伸比为(1～1.3)：1。
优选的，在步骤(4)中，所述碳化处理的温度为1000～1500摄氏度，时间为2～10h，气氛为氮气气氛；
优选的，在步骤(4)中，所述碳化处理过程中的牵伸比为(1～1.5):1。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种石墨烯纤维。根据本发明的实施例，所述石墨烯纤维是采用上述的方法制备得到的。本发明通过将聚丙烯腈与乙醇、水和无机物溶胀后的聚丙烯腈溶液作为氧化石墨烯与极性溶剂混合得到氧化石墨烯液晶分散液凝固过程的凝固浴，凝固过程中氧化石墨烯分散液在乙醇和无机物阳离子的作用下凝固成氧化石墨烯纤维，同时聚丙烯腈填充至氧化石墨烯纤维的孔隙中，得到较为致密的氧化石墨烯纤维。然后进行热稳定化和碳化处理，在热稳定化过程中，部分PAN会与氧化石墨烯上的-COOH发生反应而其余PAN呈现游离状态，促使PAN发生离子型环化反应同时PAN与氧化石墨烯连接在一起，此外氧化石墨烯上的部分含氧官能团发生脱除，氧化石墨烯发生部分还原，游离的PAN发生环化脱氢反应；在碳化过程中，与氧化石墨烯相连的PAN与游离的PAN之间发生固相交联反应，从而形成更大的碳网平面，得到更大的共轭结构，同时，氧化石墨烯上未脱除的含氧官能团继续脱除，伴随着CO2、HCN、N2、H2O等气体的产生。得到的石墨烯纤维与普通的石墨烯纤维相比具有较高的力学性能，具体的，本发明所得的石墨烯纤维的单丝强度可提高至少9％，模量可提高至少12％。
具体实施方式
下面通过结合实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
需要说明的是，本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯或领域内使用的常规纯度。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备石墨烯纤维的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：
S1：将氧化石墨烯与极性溶剂混合
该步骤中，将氧化石墨烯与极性溶剂混合，并且进行超声分散，然后离心去除不溶的杂质，得到均匀分散的氧化石墨烯液晶分散液。具体的，极性溶剂包括水、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的至少一种；氧化石墨烯液晶分散液的浓度为1～20mg/mL，例如2mg/mL、3mg/mL、4mg/mL、5mg/mL、6mg/mL、7mg/mL、8mg/mL、9mg/mL、10mg/mL、11mg/mL、12mg/mL、13mg/mL、14mg/mL、15mg/mL、16mg/mL、17mg/mL、18mg/mL、19mg/mL。发明人发现，若氧化石墨烯分散液浓度过低则不能形成液晶相，同时无法形成连续的纤维；而如果浓度过高，氧化石墨烯分散不均匀，容易团聚，无法进行纺丝。
S2：将聚丙烯腈粉末与乙醇、水和无机物混合溶胀
该步骤中，将聚丙烯腈粉末与乙醇、水和无机物混合溶胀，得到聚丙烯腈溶液。具体的，先将乙醇与水进行共混搅拌，然后加入无机物，置于震荡水浴中，然后加入聚丙烯腈粉末，室温下搅拌，使得聚丙烯腈完全溶胀，然后置于震荡水浴中，得到聚丙烯腈溶液。根据本发明的一个实施例，乙醇与水的体积比为(2～5)：1，例如3:1,4:1。由于氧化石墨烯易分散于水中，若水的含量过高，不易成纤。根据本发明的再一个实施例，无机物为硫氰酸钠、氯化锌和硝酸中的至少之一。具体的，该类无机物的存在为该凝固浴提供阳离子，该阳离子可以氧化石墨烯发络合作用，提高氧化石墨烯片与片之间的相互作用，从而提高纤维的性能。根据本发明的又一个实施例，得到的聚丙烯腈溶液中，无机物的质量分数为40～80％，例如50％、60％、70％，聚丙烯腈的质量分数为0.5～8％，例如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％。发明人发现，当无机物的质量分数过低时，聚丙烯腈难溶于水与乙醇的混合液，同时浓度过低或过高都不利于纤维成型；对于聚丙烯腈来说，浓度过低，聚丙烯腈难以完全填充纤维内部的孔隙，而聚丙烯腈浓度过高则会使得凝固浴粘度大，纤维纺丝液在凝固浴中难以运动，会团聚成一团，得不到纤维。
S3：将氧化石墨烯液晶分散液在聚丙烯腈溶液中凝固成型、水洗和干燥
该步骤中，将步骤S1得到的氧化石墨烯液晶分散液置于玻璃注射器中，氧化石墨烯液晶分散液经由注射针头直接进入步骤S2的聚丙烯腈溶液中进行凝固成型，对纤维进行水洗，经由干燥辊后收集；得到氧化石墨烯纤维。具体的，该过程中，聚丙烯腈溶液的温度为25～45摄氏度，凝固时间为3～20min，牵伸比为1.0～2.0，水洗温度为40～70摄氏度，水洗流速为1～10mL/min，干燥温度为80～110摄氏度。该过程中，氧化石墨烯分散液在乙醇和无机物阳离子的作用下凝固成氧化石墨烯纤维，同时聚丙烯腈填充至氧化石墨烯纤维的孔隙中，得到较为致密的氧化石墨烯纤维。
S4：将氧化石墨烯纤维进行热稳定化和碳化处理
该步骤中，将上述得到的氧化石墨烯纤维依次进行热稳定化和碳化处理，获得石墨烯纤维。根据本发明的一个实施例，该过程中，热稳定化处理的温度为150～400摄氏度，时间为1～5小时，气氛为空气气氛，并且热稳定化处理过程的牵伸比为(1～1.3)：1，碳化处理的温度为1000～1500摄氏度，时间为2～10h，气氛为氮气气氛，碳化处理过程中的牵伸比为(1～1.5):1。具体的，在热稳定化过程中，部分PAN会与氧化石墨烯上的-COOH发生反应而其余PAN呈现游离状态，促使PAN发生离子型环化反应同时PAN与氧化石墨烯连接在一起，此外氧化石墨烯上的部分含氧官能团发生脱除，氧化石墨烯发生部分还原，游离的PAN发生环化脱氢反应；在碳化过程中，与氧化石墨烯相连的PAN与游离的PAN之间发生固相交联反应，从而形成更大的碳网平面，得到更大的共轭结构，同时，氧化石墨烯上未脱除的含氧官能团继续脱除，伴随着CO2、HCN、N2、H2O等气体的产生。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种石墨烯纤维。根据本发明的实施例，所述石墨烯纤维是采用上述的方法制备得到的。由此，通过采用上述方法得到的石墨烯纤维的单丝强度可提高至少9％，模量可提高至少12％。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不应以任何方式限制本发明。
实施例1
制备石墨烯纤维方法，具体包括如下步骤：
1. 100mg氧化石墨烯溶解于10mL去离子水中，超声分散，得到均匀分散的氧化石墨烯液晶分散液，对该溶液进行离心分离，转速6000r/min，离心10min以除去不溶的杂质；
2.量取30mL乙醇，与7.5mL去离子水共混，搅拌5min；
3.称取46.755g氯化锌，将其溶解在步骤2所配制的溶液中，置于60℃的振荡水浴中，振荡25min，氯化锌的质量分数为60％；
4.称取0.787g聚丙烯腈粉末，将其溶于步骤3所配制的溶液中，在常温下搅拌4h，使聚丙烯腈完全溶胀，然后置于60℃的振荡水浴中，振荡5h，聚丙烯腈的质量分数为1％；
5.将浓度为10mg/mL的氧化石墨烯液晶分散液置于玻璃注射器中，注射针头直径为90μm，氧化石墨烯液晶分散液经由注射针头直接进入步骤4得到的聚丙烯腈溶液中，凝固5min后，其中，凝固过程中牵伸比为1.0，对纤维进行水洗(水洗温度为45摄氏度，水洗流速为2mL/min)，经由干燥辊后收集(干燥温度为85摄氏度)；
6.将连续的氧化石墨烯纤维首先在空气气氛中于220℃下处理4h，调节前后两个传送辊的速度比为1:1，之后在氮气气氛中于1200℃下处理6h，调节前后两个传送辊的速度比为1:1，得到未经牵伸的连续的石墨烯纤维。该石墨烯纤维的强度为1.21GPa，模量为90GPa。
实施例2
制备石墨烯纤维的方法，具体包括如下步骤：
1. 150mg氧化石墨烯溶解于10mL(N,N-二甲基甲酰胺)中，超声分散，得到均匀分散的氧化石墨烯液晶分散液，对该溶液进行离心分离，转速8000r/min，离心15min以除去不溶的杂质；
2.量取30mL乙醇，与10mL去离子水共混，搅拌5min；
3.称取50.505g氯化锌，将其溶解在步骤2所配制的溶液中，置于60℃的振荡水浴中，振荡25min，氯化锌的质量分数为60％；
4.称取2.603g聚丙烯腈粉末，将其溶于步骤3所配制的溶液中，在常温下搅拌4h，使聚丙烯腈完全溶胀，然后置于60℃的振荡水浴中，振荡6h，聚丙烯腈的质量分数为3％；
5.将浓度为15mg/mL的氧化石墨烯液晶分散液置于玻璃注射器中，注射针头直径为90μm，氧化石墨烯液晶分散液经由注射针头直接进入步骤4得到的聚丙烯腈溶液中，凝固10min后，其中，凝固过程中牵伸比为1.2，对纤维进行水洗(水洗温度为50摄氏度，水洗流速为4mL/min)，经由干燥辊后收集(干燥温度为90摄氏度)；
6.将连续的氧化石墨烯纤维首先在空气气氛中于260℃下处理3h，调节前后两个传送辊的速度比为1.05:1，之后在氮气气氛中于1300℃下处理4h，调节前后两个传送辊的速度比为1.05:1，得到经过牵伸的连续的石墨烯纤维。该石墨烯纤维的强度为1.24GPa，模量为92GPa。
实施例3
制备石墨烯纤维的方法，具体包括如下步骤：
1. 200mg氧化石墨烯溶解于10mL二甲基亚砜中中，超声分散，得到均匀分散的氧化石墨烯液晶分散液，对该溶液进行离心分离，转速8000r/min，离心20min以除去不溶的杂质；
2.量取30mL乙醇，与10mL去离子水共混，搅拌5min；
3.称取50.505g氯化锌，将其溶解在步骤2所配制的溶液中，置于60℃的振荡水浴中，振荡25min，氯化锌的质量分数为60％；
4.称取4.430g聚丙烯腈粉末，将其溶于步骤3所配制的溶液中，在常温下搅拌5h，使聚丙烯腈完全溶胀，然后置于60℃的振荡水浴中，振荡6h，聚丙烯腈的质量分数为5％；
5.将浓度为20mg/mL的氧化石墨烯液晶分散液置于玻璃注射器中，注射针头直径为90μm，氧化石墨烯液晶分散液经由注射针头直接进入步骤4得到的聚丙烯腈溶液中，凝固10min后，其中，凝固过程中牵伸比为1.5，对纤维进行水洗(水洗温度为60摄氏度，水洗流速为6mL/min)，经由干燥辊后收集(干燥温度为100摄氏度)；
6.将连续的氧化石墨烯纤维首先在空气气氛中于300℃下处理2h，调节前后两个传送辊的速度比为1.1:1，之后在氮气气氛中于1400℃下处理2h，调节前后两个传送辊的速度比为1.1:1，得到经过牵伸的连续的石墨烯纤维。该石墨烯纤维的强度为1.33GPa，模量为105GPa。
实施例4
制备石墨烯纤维的方法，具体包括如下步骤：
1. 200mg氧化石墨烯溶解于10mL二甲基亚砜中中，超声分散，得到均匀分散的氧化石墨烯液晶分散液，对该溶液进行离心分离，转速8000r/min，离心20min以除去不溶的杂质；
2.量取30mL乙醇，与10mL去离子水共混，搅拌5min；
3.称取33.4g硫氰酸钠，将其溶解在步骤2所配制的溶液中，置于60℃的振荡水浴中，振荡25min，硫氰酸钠的质量分数为50％；
4.称取4.430g聚丙烯腈粉末，将其溶于步骤3所配制的溶液中，在常温下搅拌5h，使聚丙烯腈完全溶胀，然后置于60℃的振荡水浴中，振荡6h，聚丙烯腈的质量分数为5％；
5.将浓度为20mg/mL的氧化石墨烯液晶分散液置于玻璃注射器中，注射针头直径为90μm，氧化石墨烯液晶分散液经由注射针头直接进入步骤4得到的聚丙烯腈溶液中，凝固10min后，其中，凝固过程中牵伸比为1.6，对纤维进行水洗(水洗温度为65摄氏度，水洗流速为7mL/min)，经由干燥辊后收集(干燥温度为100摄氏度)；
6.将连续的氧化石墨烯纤维首先在空气气氛中于300℃下处理2h，调节前后两个传送辊的速度比为1.1:1，之后在氮气气氛中于1400℃下处理2h，调节前后两个传送辊的速度比为1.1:1，得到经过牵伸的连续的石墨烯纤维。该石墨烯纤维的强度为1.28GPa，模量为96GPa。
实施例5
制备石墨烯纤维方法，具体包括如下步骤：
1. 100mg氧化石墨烯溶解于10mL去离子水中，超声分散，得到均匀分散的氧化石墨烯液晶分散液，对该溶液进行离心分离，转速6000r/min，离心10min以除去不溶的杂质；
2.量取40mL乙醇，与10mL去离子水共混，搅拌5min；
3.称取61.8g硝酸，将其溶解在步骤2所配制的溶液中，置于60℃的振荡水浴中，振荡25min，硝酸的质量分数为60％；
4.称取0.787g聚丙烯腈粉末，将其溶于步骤3所配制的溶液中，在常温下搅拌4h，使聚丙烯腈完全溶胀，然后置于60℃的振荡水浴中，振荡5h，聚丙烯腈的质量分数为1％；
5.将浓度为10mg/mL的氧化石墨烯液晶分散液置于玻璃注射器中，注射针头直径为90μm，氧化石墨烯液晶分散液经由注射针头直接进入步骤4得到的聚丙烯腈溶液中，凝固5min后，其中，凝固过程中牵伸比为1.0，对纤维进行水洗(水洗温度为70摄氏度，水洗流速为8mL/min)，经由干燥辊后收集(干燥温度为105摄氏度)；
6.将连续的氧化石墨烯纤维首先在空气气氛中于220℃下处理4h，调节前后两个传送辊的速度比为1:1，之后在氮气气氛中于1200℃下处理6h，调节前后两个传送辊的速度比为1:1，得到未经牵伸的连续的石墨烯纤维。该石墨烯纤维的强度为1.20GPa，模量为91GPa。
对比例
采取实施例1的方案制备石墨烯纤维，唯一不同的是凝固浴中不添加聚丙烯腈。该石墨烯纤维的强度为1.1GPa，模量为80.4GPa。
结论：分别对实施例的所得石墨烯纤维和对比例得到的石墨烯纤维进行力学性能测试，结果表明，实施例1所得的石墨烯纤维的强度为1.21GPa，模量为90GPa；实施例2所得的石墨烯纤维的强度为1.24GPa，模量为92GPa；实施例3所得的石墨烯纤维的强度为1.33GPa，模量为105GPa；实施例4所得的石墨烯纤维的强度为1.28GPa，模量为96GPa；实施例5所得的石墨烯纤维的强度为1.20GPa，模量为91GPa。与比较例所得到的石墨烯纤维相比，实施例1所得的石墨烯纤维强度提高了10％，模量提高了12％；实施例2所得的石墨烯纤维强度提高了12.7％，模量提高了14.4％；实施例3所得的石墨烯纤维强度提高了20.9％，模量提高了24.4％；实施例4所得的石墨烯纤维强度提高了16.4％，模量提高了19.4％；实施例5所得的石墨烯纤维强度提高了9％，模量提高了13.2％。
以上所述仅是本发明的优先实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为不发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种石墨烯纤维的制备方法，其中，包括：
（1）将氧化石墨烯与极性溶剂混合，得到氧化石墨烯液晶分散液；
（2）将聚丙烯腈粉末与乙醇、水和无机物混合溶胀，得到聚丙烯腈溶液；
（3）将所述氧化石墨烯液晶分散液在所述聚丙烯腈溶液中凝固成型、水洗和干燥，得到氧化石墨烯纤维；
（4）将所述氧化石墨烯纤维进行热稳定化和碳化处理，获得石墨烯纤维，
其中，在步骤（2）中，所述乙醇与水的体积比为（2~5）：1，所述聚丙烯腈溶液中所述无机物的质量分数为40~80%，并且所述无机物为硫氰酸钠、氯化锌和硝酸中的至少之一，所述聚丙烯腈溶液中，所述聚丙烯腈的质量分数为0.5~8%。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤（1）中，所述极性溶剂包括水、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的至少一种。
3.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤（1）中，所述氧化石墨烯液晶分散液的浓度为1~20mg/mL。
4.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤（3）中，所述氧化石墨烯液晶分散液在所述聚丙烯腈溶液中凝固时间为3~20min。
5.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤（4）中，所述热稳定化处理的温度为150~400摄氏度，时间为1~5小时，气氛为空气气氛。
6.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤（4）中，所述热稳定化处理过程的牵伸比为（1~1.3）：1。
7.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤（4）中，所述碳化处理的温度为1000~1500摄氏度，时间为2~10h，气氛为氮气气氛。
8.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤（4）中，所述碳化处理过程中的牵伸比为（1~1.5）:1。
9.一种石墨烯纤维，其中，所述石墨烯纤维是采用权利要求1-8中任一项所述的方法制备得到的。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102586922A (zh) * 2012-01-18 2012-07-18 浙江大学 一种聚丙烯腈接枝石墨烯宏观纤维的制备方法
CN102634869A (zh) * 2012-01-05 2012-08-15 浙江大学 一种高强度导电石墨烯纤维的干纺制备方法
CN105256408A (zh) * 2015-11-29 2016-01-20 南京新月材料科技有限公司 一种氧化石墨烯纤维及其制备方法
CN106032587A (zh) * 2015-03-13 2016-10-19 中国科学院上海应用物理研究所 一种胺基增强石墨烯纤维及其制备方法
WO2016168142A1 (en) * 2015-04-17 2016-10-20 Ut-Battelle, Llc Low shear process for producing polymer composite fibers
KR20160142538A (ko) * 2015-06-03 2016-12-13 코오롱인더스트리 주식회사 태섬도 탄소섬유의 제조방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102634869A (zh) * 2012-01-05 2012-08-15 浙江大学 一种高强度导电石墨烯纤维的干纺制备方法
CN102586922A (zh) * 2012-01-18 2012-07-18 浙江大学 一种聚丙烯腈接枝石墨烯宏观纤维的制备方法
CN106032587A (zh) * 2015-03-13 2016-10-19 中国科学院上海应用物理研究所 一种胺基增强石墨烯纤维及其制备方法
WO2016168142A1 (en) * 2015-04-17 2016-10-20 Ut-Battelle, Llc Low shear process for producing polymer composite fibers
KR20160142538A (ko) * 2015-06-03 2016-12-13 코오롱인더스트리 주식회사 태섬도 탄소섬유의 제조방법
CN105256408A (zh) * 2015-11-29 2016-01-20 南京新月材料科技有限公司 一种氧化石墨烯纤维及其制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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nano letters;Mochen Li;《Ultrastrong graphene-based fibers with increased elongation》;American Chemical Society;20160929;第16卷(第10期);6511-6515 *

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