Ett team av forskare vid Rensselaer Polytechnic Institute har utvecklat en ny mikrofluidikassisterad teknik för att utveckla högpresterande makroskopiska grafenfibrer. Grafenfiber, en nyligen upptäckt medlem av kolfiberfamiljen, har potentiella tillämpningar inom olika tekniska områden, från energilagring, elektronik och optik, elektromagnetik, värmeledare och värmeledning, till strukturella tillämpningar.

Deras resultat publiceras i ett nysläppt nummer av Naturens nanoteknik . Det har historiskt sett varit svårt att samtidigt optimera både de termiska/elektriska och de mekaniska egenskaperna hos grafenfibrer. Dock, Rensselaer-teamet har visat sin förmåga att göra båda.

Makroskopiska grafenfibrer kan tillverkas genom fluidikaktiverad sammansättning av 2D-grafenoxidark dispergerade i vattenlösningar som bildar lyotropa flytande kristaller. Starka form- och storleksbegränsningar demonstreras för finkontroll av grafenarkets inriktning och orientering, avgörande för att realisera grafenfibrer med hög termisk, elektrisk, och mekaniska egenskaper. Denna mikrofluidikaktiverade monteringsmetod ger också flexibiliteten att skräddarsy mikrostrukturerna för grafenfibrerna genom att kontrollera flödesmönster.

"Kontrollen av olika flödesmönster erbjuder en unik möjlighet och flexibilitet i att skräddarsy makroskopiska grafenstrukturer från perfekt inriktade grafenfibrer och -rör till 3-D öppen arkitektur med vertikalt inriktat grafenarrangemang, sa Jie Lian, en professor vid Rensselaer Department of Mechanical, Aerospace, och Nuclear Engineering (MANE) och huvudförfattaren till artikeln.

Den senaste artikeln bygger på arbete av Lians grupp som tidigare publicerades i Science 2015. Detta arbete, som sponsras av National Science Foundation, är ett samarbete med andra MANE-forskare, inklusive docent Lucy Zhang och professor Suvranu De, som leder avdelningen.

"Denna forskning banar väg för nya vetenskaper för att optimera fibersammansättningen och mikrostrukturen för att utveckla högpresterande grafenfibrer, ", sa Lian. "Detta tillvägagångssätt skulle kunna utvidgas till andra material för att tillverka hierarkiska strukturer för olika funktionella tillämpningar."