Strong, Conductive, Lightweight, Neat Graphene Aerogel Fibers with Aligned Pores

材料科学 石墨烯 气凝胶 复合材料 层状结构 多孔性 碳纳米管 极限抗拉强度 氧化物 氧化石墨烯纸 超级电容器 纳米技术 电容 电极 物理化学 化学 冶金
作者
Zhen Xu,Yuan Zhang,Peigang Li,Chao Gao
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:6 (8): 7103-7113 被引量:659
标识
DOI:10.1021/nn3021772
摘要

Liquid crystals of anisotropic colloids are of great significance in the preparation of their ordered macroscopic materials, for example, in the cases of carbon nanotubes and graphene. Here, we report a facile and scalable spinning process to prepare neat "core-shell" structured graphene aerogel fibers and three-dimensional cylinders with aligned pores from the flowing liquid crystalline graphene oxide (GO) gels. The uniform alignment of graphene sheets, inheriting the lamellar orders from GO liquid crystals, offers the porous fibers high specific tensile strength (188 kN m kg(-1)) and the porous cylinders high compression modulus (3.3 MPa). The porous graphene fibers have high specific surface area up to 884 m(2) g(-1) due to their interconnected pores and exhibit fine electrical conductivity (2.6 × 10(3) to 4.9 × 10(3) S m(-1)) in the wide temperature range of 5-300 K. The decreasing conductivity with decreasing temperature illustrates a typical semiconducting behavior, and the 3D interconnected network of 2D graphene sheets determines a dual 2D and 3D hopping conduction mechanism. The strong mechanical strength, high porosity, and fine electrical conductivity enable this novel material of ordered graphene aerogels to be greatly useful in versatile catalysts, supercapacitors, flexible batteries and cells, lightweight conductive fibers, and functional textiles.
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