在探索高性能與多功能集成的科技前沿，結(jié)構(gòu)功能一體化的聚合物纖維正逐步成為研究的核心。近日，北京大學(xué)張錦院士領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)在權(quán)威學(xué)術(shù)期刊ACS Nano上發(fā)表了一項(xiàng)題為“石墨烯包覆芳綸纖維的結(jié)構(gòu)功能一體化及其在電磁干擾屏蔽中的應(yīng)用”的研究，成功研發(fā)出一種新型石墨烯-芳綸纖維(GRAF)，該纖維兼具高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度和輕質(zhì)特性。

研究團(tuán)隊(duì)采用創(chuàng)新的浸涂技術(shù)，利用芳綸聚陰離子(APA)作為粘合劑和蝕刻劑，成功將石墨烯自組裝至芳綸纖維表面。通過分子動(dòng)力學(xué)(MD)模擬，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)APA改性后的芳綸鏈與石墨烯的結(jié)合能顯著增強(qiáng)(達(dá)到1.3J/m2)，遠(yuǎn)高于未改性芳綸鏈與石墨烯的結(jié)合能(0.2J/m2)。APA的高表面能(55.2mJ/m2)使其能夠有效蝕刻纖維表面，形成有利于石墨烯吸附和自組裝的微納結(jié)構(gòu)。

GRAF纖維展現(xiàn)出了卓越的綜合性能：導(dǎo)電率高達(dá)1062.04±116.78 S/m，拉伸強(qiáng)度為4.66±0.16 GPa，模量達(dá)到106.33±8.21 GPa，這些性能指標(biāo)均優(yōu)于目前報(bào)道的大多數(shù)導(dǎo)電復(fù)合纖維。當(dāng)GRAF纖維被編織成功能織物時(shí)，其在X波段的電磁干擾屏蔽效率(SE)高達(dá)67.86dB，且在12V電壓下能迅速加熱至200°C，加熱時(shí)間僅需40秒。此外，GRAF織物還具有良好的耐洗滌性，長期洗滌后導(dǎo)電性能依然穩(wěn)定。

這項(xiàng)研究不僅提出了一種全新的結(jié)構(gòu)功能集成材料制備方法，還展示了碳烯纖維在電磁干擾屏蔽領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。GRAF纖維憑借其獨(dú)特的性能組合，如高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度和輕質(zhì)特性，為電磁屏蔽材料的發(fā)展注入了新的活力。

綜上所述，張錦院士團(tuán)隊(duì)通過APA粘合劑輔助自組裝策略，成功制備了高性能的結(jié)構(gòu)功能集成GRAF纖維。這些纖維不僅具有出色的導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度，還展現(xiàn)出了卓越的電磁干擾屏蔽效率和電熱響應(yīng)特性。這一研究成果為合成結(jié)構(gòu)功能集成的芳綸纖維和織物提供了創(chuàng)新思路，有望在未來科技和工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，引領(lǐng)電磁干擾屏蔽新材料的發(fā)展潮流。