Команда исследователей из Политехнического института Ренсселера разработала новую методику микрофлюидики для создания высокоэффективных макроскопических графеновых волокон. Графеновое волокно, недавно обнаруженный член семейства углеродных волокон, имеет потенциальные возможности применения в различных технологических областях: от накопления энергии, электроники и оптики, электромагнетизма, теплопроводности и управления теплом до структурных применений.

Их результаты опубликованы в недавно выпущенном выпуске Nature Nanotechnology . Исторически было трудно одновременно оптимизировать как тепловые / электрические, так и механические свойства графеновых волокон. Тем не менее, команда Rensselaer продемонстрировала свою способность делать и то, и другое.

Макроскопические графеновые волокна могут быть изготовлены сборкой с применением флюидов из двумерных листов оксида графена, диспергированных в водных растворах, образующих лиотропный жидкий кристалл. Прочные ограничения по форме и размеру демонстрируются для точного контроля выравнивания и ориентации листа графена, что имеет решающее значение для реализации волокон графена с высокими тепловыми, электрическими и механическими свойствами. Этот метод сборки с поддержкой микрофлюидики также обеспечивает гибкость в настройке микроструктуры графеновых волокон путем контроля структуры потока.

«Контроль различных схем течения обеспечивает уникальную возможность и гибкость в адаптации макроскопических структур графена от идеально выровненных графеновых волокон и трубок к трехмерной открытой архитектуре с вертикально выровненным расположением графеновых листов», — сказал Джи Лиан, профессор кафедры Rensselaer. Машиностроение, аэрокосмическая и ядерная инженерия (МАНЕ) и ведущий автор статьи.

Последняя статья основана на работе группы Лиана, которая была ранее опубликована в журнале Science в 2015 году. Эта работа, финансируемая Национальным научным фондом, представляет собой сотрудничество с коллегами-исследователями MANE, включая доцента Люси Чжан и профессора Суврану Де, который возглавляет отделение.

«Это исследование дает возможность новым наукам оптимизировать сборку волокон и микроструктуру для разработки высокопроизводительных графеновых волокон», — сказал Лиан. «Этот подход может быть распространен на другие материалы для производства иерархических структур для различных функциональных применений».