导语

石墨烯是目前世界上最薄、最硬、导电、导热性能最强的材料，被誉为“新材料之王”，甚至被材料界称为“黑金”。在基础研究、传感器、半导体、柔性显示屏、新能源电池等领域，有着巨大的潜力。

那么，石墨烯赋予了纳米纤维的什么性能呢？以下内容汇总了近期部分石墨烯与纳米纤维结合的研究进展，供大家交流学习。

1.Nano Energy：静电纺丝PVDF/石墨烯纳米纤维用于高性能摩擦纳米发电机

➣浙江大学骆季奎教授和金浩副教授利用旋涂技术或静电纺丝技术分别制备了PVDF/graphene (PVDF/G) 纳米纤维膜，并基于PVDF/G纤维膜构筑摩擦纳米发电机。

➣将二维石墨烯纳米片加入到PVDF材料中，可以提高其表面电位和电荷捕获能力，从而显著提高TENGs的总转移电荷密度。

➣基于静电纺丝制备的PVDF/G NF构建的PVDF/G NF-PA6-TENG的摩擦电性能显著增强，其输出电压约为1511 V，短路电流密度为189mA m-2，最大功率密度为130.2 W m-2，比基于旋涂PVDF薄膜的PVDF-PA6-TENG提高了近8倍。

➣在阻抗匹配条件下，PVDF/G-PA6-TENG每接触周期可获得约74.13 μJ的能量，输出功率密度为926.65 mW m-2。

DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105599

2. Adv. Funct. Mater.：新型具有3D互连的分层微观结构的纳米纤维增强石墨烯气凝胶

➣北京化工大学材料学院潘凯研究员采用碱处理后的PAN纳米纤维（aPAN）与氧化石墨烯（GO）为前驱体，通过水热还原的方式成功制备了一种纳米纤维增强石墨烯气凝胶（aPANF/GA）。

➣该气凝胶具有三维互联的分层结构，表面处理过的PAN纳米纤维作为支撑支架贯穿整个石墨烯网络。在还原氧化石墨烯（rGO）薄片之间嵌入良好的aPAN纳米纤维作为支架，使气凝胶的机械强度达到43.54 kPa。

➣这种纳米纤维增强石墨烯气凝胶具有28.62 kPa-1的高压阻灵敏度和宽范围（0-14 kPa）的线性灵敏度。

➣当其作为压阻传感器时，压缩弹性很好，在3Pa下的响应和恢复时间分别快约37和14ms，结构稳定性和传感耐久性好，经过2600次循环后，在20%压缩应变下，电流信号值为初始信号值的91.57%。

DOI:10.1002/adfm.202003618

3.Adv. Mater.：以电之名，连导再生！三维导电仿生支架引导类神经网络的形成

➣斯蒂文斯理工学院王红军团队将层层组装（L-B-L）、原位还原等技术结合起来，利用氧化石墨烯（GO）的易加工性和还原后（rGO）的高导电性，对三维支架材料进行涂层，从而实现了三维几何拓扑特征和物理电学性能的互联互通。

➣依次构建了不同纤维直径 (15-150 μm), 不同纤维叠加角度(45-90度)，和复杂图形（蜘蛛网，轴向管状结构）的三维支架材料，并分别将原代小鼠海马神经元和大鼠嗜铬细胞瘤细胞系(PC-12细胞)在支架上进行培养，同时施以不同强度的电刺激。

➣研究发现在最佳ES(100-150 mV cm-1)条件下，神经元细胞能够沿着三维导电支架形成类神经网络。并且，纤维直径大小对神经细胞的神经突取向性生长起了关键作用。

➣为进一步使该支架具有体内组织适用性，该团队创新性地开发了蜘蛛网状以及三维轴向管状支架。结果表明，在电刺激作用下，神经突可以沿着轴向取向性生长，为新型神经导管的构建提供了新的思路。

DOI:10.1002/adma.202004555

4.Nat. Commun.：在柔性可穿戴器件方面取得重大进展

➣青岛大学物理科学学院孙彬副教授与上海交通大学黄兴溢教授、上海大学张统一院士等合作研发了一款具有高效热管理能力的柔性可穿戴应变传感器，并用于青岛大学龙舟运动员的日常训练动作监测和分析。

➣由石墨烯纳米带(GNRs)构成导电网络在器件发生形变时，电阻信号发生变化，可以用来实时监测人体运动情况；导热层由掺杂了氮化硼纳米片的热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU-BNNS)膜构成，可将器件使用过程中产生的热量快速实时传导到空气中。

➣热绝缘层（TPU纤维膜）则可有效防止热量在器件和人体皮肤界面累积，保障人体安全。同时，TPU纤维膜的多孔结构也保证了皮肤的透气性。

➣导热层和热绝缘层都是由TPU构成，因此两层材料有较好的互溶性，可以将GNRs和BNNSs牢牢限制在器件中，从而避免了因纳米材料可能产生的毒性对人体细胞的损伤。

DOI: 10.1038/s41467-020-17301-6

5.Chem. Eng. J. ：原位生长金属-有机骨架修饰的电纺隔膜用于锂硫电池

➣武汉理工麦立强教授&许絮副教授基于静电纺丝技术和低压化学气相沉积构筑了一种双层MOF-PAN/rGO-PAN纳米纤维薄膜，可直接用于Li-S电池隔膜。

➣rGO-PAN层对锂负极也具有一定的保护作用，当锂离子穿过存在于PAN纳米纤维薄膜之间的石墨烯时，石墨烯层会重新调整锂离子的迁移路径，从而实现锂离子在负极的均匀沉积，在一定程度上可以抑制锂枝晶的生长。

➣利用这种新型功能性隔膜组装的Li-S电池，可在0.5 C时可提供高达1302 mAh g-1的初始容量。在硫负载量高达7.7 mg cm-2的情况下，Li-S电池在循环50圈后仍能保持7.8 mAh cm-2的面容量。

DOI:10.1016/j.cej.2020.124979

6.Adv. Mater.：柔性超薄防水的金属包裹聚合物纳米纤维膜的电磁干扰屏蔽研究

➣瑞士联邦材料科学与技术研究所利用静电纺丝-热压-多巴胺辅助金属沉积的策略，设计了一种由金属包裹聚合物纤维高度连接形成的网状电磁屏蔽膜材料。

➣该膜材料不仅实现了超高的电磁屏蔽性能，还具有超薄、柔性、抗菌、防水、低压均匀散热等特性。

➣该网状膜材料具有增强的电磁屏蔽能力，在超宽带频率范围（≈200 GHz）内，厚度为2.5 um，密度为1.6g cm-3的膜材料电磁干扰屏蔽效能达53 dB以上，即使在厚度为1.2um时，其屏蔽效能亦远超行业认可的20 dB。

➣该材料的厚度-屏蔽效能比及SSE分别为37 258 dB mm−1和232 860 dB cm2 g−1，远优异与其他屏蔽材料，并且可以通过调节金属和聚合物的组成来进一步控制其屏蔽能力。

DOI: 10.1002/adma.201908496

7.Mater. Chem. Phys.：氮掺杂TiO2/石墨烯用作染料敏化太阳能电池的光阳极

➣染料敏化太阳能电池的光阳极优化是提高其性能的关键。

➣北京化工大学刘勇教授团队通过静电纺丝制备了含石墨烯的TiO2纳米纤维，并通过水热法掺杂氮元素。之后，使用刮刀涂布工艺制备了氮-石墨烯共掺杂的TiO2纳米纤维光阳极。

➣微观形貌表征表明，氮和石墨烯成功掺杂到具有良好形貌和分布的复合纳米纤维中。

➣紫外可见光谱和单色光转换效率数据表明，氮的掺杂增强了电池对日光的响应。

➣在太阳模拟器下获得了J-V曲线，转换效率达到5.01％，比未掺杂时提高了26％。因此，共掺杂复合纤维具有广阔的应用前景。

DOI:10.1016/j.matchemphys.2020.123542