具有湿度响应、可高速旋转的石墨烯纤维

Twisted graphene fibers produce the power by spontaneous rotation under the moisture alternation.

石墨烯由于其独特的二维平面原子结构,使其具有优良的电学、力学、热学等性能,从而为新型智能材料提供了广阔的发展空间。石墨烯纤维由石墨烯高度有序组装而成的微观一维材料, 是一种新型的碳基纤维材料。传统的碳基纤维制造工艺复杂,成本较高,相对于以往的碳材料纤维,石墨烯纤维质量更轻、密度更小、廉价易得、并且更易于功能化。自2012年首次成功制备得到石墨烯纤维以来,由于其良好的机械强度以及柔韧性,高的导电以及易于加工的性质,已经被成功用于可穿戴的纤维状储能材料(如电容器、太阳能电池等),可运动的智能纤维以及织物等方面的研究。经过合理设计加工的石墨烯纤维甚至能够像机器虫一样爬行。

北京理工大学曲良体教授课题组以往研究的基础上,通过将石墨烯纤维进行螺旋预加工,制造出一种具有致密螺旋结构的纤维。该纤维密度小,机械强度良好,更重要的是在外界湿度变化情况下可以沿自身轴向高速旋转,最高转速可达5190转每分钟,是一种具有湿度响应的智能纤维。通过调控纤维表面螺旋结构致密程度同时也可以调控纤维旋转时的转速大小。该课题组不仅将这种可旋转的纤维成功制备出具有湿度感应的开关,并且将其与磁铁、线圈等组装,成功开发出一个小型的湿度发电机,该发电机在周围环境湿度变化情况下能够发电,将周围的湿度变化转化为电能,为纤维材料的研究与应用开辟了新的思路。

相关工作得到了国家科技部973计划,国家自然科学基金的资助。