Graphene Interlocking Carbon Nanotubes for High-Strength and High-Conductivity Fibers

材料科学 石墨烯 碳纳米管 复合材料 纤维 制作 微观结构 导电体 纳米技术 电导率 电阻率和电导率 物理化学 化学 病理 工程类 替代医学 电气工程 医学
作者
Lijun Li,Tongzhao Sun,Shichao Lu,Zhuo Chen,Shichen Xu,Muqiang Jian,Jin Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (4): 5701-5708 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsami.2c21518
摘要

Carbon nanotubes (CNTs) are promising building blocks for the fabrication of novel fibers with structural and functional properties. However, the mechanical and electrical performances of carbon nanotube fibers (CNTFs) are far lower than the intrinsic properties of individual CNTs. Exploring methods for the controllable assembly and continuous preparation of high-performance CNTFs is still challenging. Herein, a graphene/chlorosulfonic acid-assisted wet-stretching method is developed to produce highly densified and well-aligned graphene/carbon nanotube fibers (G/CNTFs) with excellent mechanical and electrical performances. Graphene with small size and high quality can bridge the adjacent CNTs to avoid the interfacial slippage under deformation, which facilitates the formation of a robust architecture with abundant conductive pathways. Their ordered structure and enhanced interfacial interactions endow the fibers with both high strength (4.7 GPa) and high electrical conductivity (more than 2 × 106 S/m). G/CNTF-based lightweight wires show good flexibility and knittability, and the high-performance fiber heaters exhibit ultrafast electrothermal response over 1000 °C/s and a low operation voltage of 3 V. This method paves the way for optimizing the microstructures and producing high-strength and high-conductivity CNTFs, which are promising candidates for the high-value fiber-based applications.
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