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石墨烯纤维及其复合纤维的干法纺丝制备和性能研究的开题报告
题目：石墨烯纤维及其复合纤维的干法纺丝制备和性能研究
一、研究背景及意义
石墨烯是一种二维层状的碳材料，具有较高的导热性、电导率和机械强度等优异性能，因此被广泛应用于电子器件、催化、能源存储和传输等领域。相较于石墨烯片或薄膜，石墨烯纤维由于具有较高的长度和比表面积，能够更好地利用其性能，拓展应用领域。纺丝制备石墨烯纤维是目前常见的一种制备方法，其中湿法纺丝是被广泛使用的工艺之一，然而其相对高昂的成本及限制较大的制备条件限制了其规模化生产。而干法纺丝，则是利用石墨烯剥离后的片状在机械拉伸下形成的，几乎可以避免大量剩余杂质及环境污染等问题。因此，使用干法纺丝制备石墨烯纤维有着广阔应用前景及重要意义。
此外，石墨烯复合材料近年来也受到广泛关注，其中的复合纤维因其具有的性能优势，如高机械强度、良好的导电性和导热性等，成为研究热点之一。混合纺丝是一种制备石墨烯复合纤维的方法，通常采用的是湿法和溶胶-凝胶法等工艺。然而，上述方法对于复合材料的高性能、低成本和规模化生产等方面仍面临挑战，利用干法纺丝工艺制备更优良的石墨烯复合纤维，需要进一步的研究。
因此，研究石墨烯纤维及其复合纤维的干法纺丝制备以及性能研究，对于发展石墨烯材料应用、提高材料性能和研究产业化制备技术等具有重要意义。
二、研究方法和内容
1.干法纺丝制备石墨烯纤维
利用机械剥离的石墨烯片，通过干法纺丝工艺制备石墨烯纤维，其中确定石墨烯片的数量和质量、纺丝工艺参数等因素对于产生优质的石墨烯纤维有着重要作用。此外，利用一些表征手段，如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等工具对石墨烯纤维的形貌及性能进行了分析和研究。
2.干法纺丝制备石墨烯复合纤维
将石墨烯纤维与其他纤维混合，在经过干法纺丝工艺过程，制备出具有优异机械强度和导电性能的石墨烯复合纤维。在制备过程中，调控合理的石墨烯片/其他材料比例以及加工参数等因素，制备出具有良好性能的复合纤维，并通过拉伸实验等测试手段对其进行性能评价。
3.性能分析
通过实验手段，对所制备的石墨烯纤维以及复合纤维的力学性能和导电性能等进行测试。同时结合现有文献，对所得的实验结果进行分析，从而更加深入全面地研究石墨烯纤维及其复合纤维的性能及其影响因素，探索未来的应用前景及发展方向，从而为未来石墨烯复合材料的设计、制备和应用提供提高材料性能的科学依据和技术支持。
三、研究预期成果
1.在干法纺丝工艺制备的石墨烯纤维方面，将优化制备条件，得到高质量的石墨烯纤维，并探究其力学性能及表面形貌等关键性能。
2.利用干法混纺工艺制备的石墨烯复合纤维，将探究不同织物结构和比例对于复合纤维的性能影响，实现高强度、高导电性的复合纤维制备与性能优化。
3.通过性能测试及实验过程的总结，得到石墨烯纤维及其复合纤维的力学性能、导电性能等各项指标，为未来石墨烯复合材料的设计、制备和应用提供科学的依据和技术支持。
四、研究计划和进度
本研究计划历时两年完成，预计通过以下阶段的研究，达到预期研究目标：
1.第一阶段：文献调研及实验方案设计（2个月）
在广泛调研相关文献的基础上，综合考虑研究经费、时间等因素，确定石墨烯纤维及其复合纤维的干法纺丝制备实验方案。
2.第二阶段：石墨烯纤维的制备和性能测试（10个月）
按照事先设计好的实验方案，进行石墨烯纤维制备和相关性能测试，如拉伸实验、SEM、TEM等分析工具。研究石墨烯纤维的制备条件对产物性能的影响。
3.第三阶段：制备石墨烯复合纤维及其性能测试（12个月）
混合不同纤维材料制备石墨烯复合纤维，并对产物进行性能测试。根据结果，进一步确定合理的配比和制备工艺，并尝试使用复杂制备工艺制备石墨烯复合纤维。对各种复合材料性能进行分析和优化。
4.第四阶段：总结分析、撰写论文及验收（6个月）
对所有数据进行整理、分析和总结，撰写论文并提交。同时与导师和评审专家进行交流与沟通，修订并完善论文，并根据指导意见进行修改和优化，通过论文答辩及提交期末报告的形式进行验收。