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高性能石墨烯纤维研究获突破
石墨烯是一个由单层碳原子组成的二维材料，具有极高的比表面积、导电性和机械强度，因而成为了新材料领域中备受关注的对象。与其他纳米材料相比，石墨烯的应用领域广泛，被广泛用于电子学、传感器、能源存储、催化剂以及纺织等领域。其特殊的性质和应用前景，也吸引了研究人员对石墨烯进行更深入的研究与开发。在这些研究中，石墨烯纤维因其优异的力学性能、导电性和热导率优良成为了研究热点之一。
在过去的二十多年中，石墨烯的制备技术已经得到了巨大的飞跃。人们可以通过多种方法制备大面积的石墨烯，其中包括基于化学还原、化学气相沉积和机械剥离等方法，其中机械剥离法或机械剥离法就是制备石墨烯纤维的一种有效途径。
石墨烯纤维是由石墨烯单层叠加而成，能够纵向传递电荷，形成导电通道。在此基础上，石墨烯纤维在导电方面相比其他石墨纤维和碳纤维也更加出色，成为各种导电性能良好的材料应用的热点。在实际的应用中，石墨烯纤维被广泛用于制备各种纳米材料，如石墨烯电极、高效传感器、化学电池等，而在这些应用中其电导率即为其最重要的性能之一。
但在实际应用中，石墨烯纤维的力学强度仍存在着问题，目前仍面临着耐久性和可靠性不足等问题。因此，为了进一步提高石墨烯纤维的力学强度和导电性能，研究人员需要不断努力，探索各种改进和优化的方法。
在近期，一项由美国加州理工学院和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校共同完成的研究取得了重要突破。他们使用了一种新型的高温高压材料加工技术，将单层石墨烯叠层材料转化为石墨烯纤维。该技术能够在高压下促进单层石墨烯的连接，从而形成强度更高的石墨烯纤维。石墨烯纤维的相关性质的研究成果发表在了自然材料学期刊上。
在实验过程中，研究人员首先使用了多步骤的化学法制备出支撑了大量单层石墨烯的多孔聚苯乙烯球体（PSB）。这其中PSB的结构可控，可以通过改变PSB中石墨烯单层的数量和排列方式来调节制备出的石墨烯纤维的性质。通过多次热压，石墨烯单层叠合体与PSB被压缩成一个整体，随后通过热处理进一步连接，形成了一种具有重要机械性能的石墨烯纤维。
石墨烯纤维的力学性能取决于单层石墨烯的数量和排列方式。通过不同单层石墨烯的数量和排列方式的组合，研究人员成功制备出了梳状、扁平等不同的石墨烯纤维，同时也对多孔PSB球的大小和形状进行了调节，调控石墨烯单层在PSB球中的排列方式。通过这些调节，实验研究得到了数种不同尺寸、形状和结构的石墨烯纤维。
实验结果表明，石墨烯单层的数量和排列方式对石墨烯纤维的力学性能有影响。当石墨烯的单层数量达到一定数值，石墨烯的力学性能逐渐增强。同时，实验还发现，通过合理的排列方式，可以最大限度地发挥石墨烯纤维的优点。
除此之外，实验结果还表明，该石墨烯纤维还具有极高的导电性能，即使在应变达到90%的情况下，其导电性能依旧能够保持不变。这说明该石墨烯纤维在实际应用中具有较好的稳定性和持久性。
总的来说，这项研究开辟了一种新的方式来制备石墨烯纤维，并为石墨烯纤维的力学强度和导电性能提供了重要的改进途径，为石墨烯纤维在各种领域的应用提供了更广阔的发展空间。