除了復合纖維之外，氧化石墨烯液晶可以紡絲，這一屬性對于研究石墨烯的專家來說可謂打開了材料制造的新通路。

氧化石墨烯要做成最終應用需要打通“料、材、器、用”這幾個關節(jié)

石墨烯因其近乎“完美”的單層碳原子蜂窩狀二維晶體結(jié)構(gòu)而被譽為“新材料之王”，不過，帶有含氧官能團的氧化石墨烯可就沒那么幸運了。拿浙江大學特聘教授高超的話來說，氧化石墨烯“背負著不少惡名”。因何得“惡名”？“千瘡百孔”（充滿孔洞）的身體及其工業(yè)工藝造成的嚴重環(huán)境污染等均難辭其咎。

但如果只看到氧化石墨烯的“缺陷”，那就很有可能與這種具有重要性能及應用場景的新材料失之交臂。高超用“身懷絕技萬千變”“一笑而長天下安”這樣的詩句形容氧化石墨烯的優(yōu)點，前者是指氧化石墨烯因易變的結(jié)構(gòu)具有塑造各種性能的潛力而廣受研究者青睞，后者則表明其在應用的時候，實際上已經(jīng)由上游的氧化石墨烯變成了石墨烯，“所以它把惡名都背著呢，而那些好名聲都留給了石墨烯”。

那么，氧化石墨烯到底能變化出哪些“絕技”？在10月25日召開的北京石墨烯論壇上，科學家如數(shù)家珍般將氧化石墨烯的最新研究成果進行了分享。

具有大規(guī)模制備優(yōu)勢

氧化石墨烯是石墨烯的氧化物。因氧化后，其含氧官能團增多而使性質(zhì)較石墨烯更加活潑。氧化石墨烯可經(jīng)由各種材料或分子與含氧官能團的反應而改善本身性質(zhì)，它可視為一種非傳統(tǒng)形態(tài)的軟性材料，具有聚合物、膠體、薄膜以及兩性分子的特性。

高超將氧化石墨烯最大的優(yōu)勢歸結(jié)為兩點：它是一個可以溶解、便于加工或組裝的材料；可以進行大量制備。

如何制備氧化石墨烯？高超介紹道，通俗而言就是通過氧化反應讓銀色的石墨變成了金色的氧化石墨，在此基礎上通過水洗超聲便得到了單層的氧化石墨烯。

中國科學技術大學化學與材料科學學院教授朱彥武從事石墨烯應用技術研究長達十年，其所在的研究團隊主要進行石墨烯的制備研究。他表示，氧化石墨烯之所以引起較大關注，很重要的一個方面是氧化石墨可以使用液相處理法。

“液相處理法使得研究主體可以在化工產(chǎn)線上或生產(chǎn)設備中去處理氧化石墨，進而得到最終的石墨烯產(chǎn)品。所以，大規(guī)模的制備就比較容易進行?！敝鞆┪湔f。

事實上，經(jīng)過氧化處理后，氧化石墨仍保持石墨的層狀結(jié)構(gòu)，但在每一層的石墨烯單片上引入了許多氧基功能團。這些氧基功能團的引入使得單一的石墨烯結(jié)構(gòu)變得非常復雜。

朱彥武表示，雖然早在60年前科學家已經(jīng)觀察到了氧化石墨烯，但如何控制含氧官能團的種類、分布、位置、濃度等目前依然是氧化石墨烯領域存在的問題。

在高超的表述中，這些問題被稱為所謂的“缺陷”。

“由于它的缺陷多，可以進行調(diào)控的地方也多，包括組成、結(jié)構(gòu)、界面都可以進行調(diào)控，變化非常豐富。”高超表示。

高超介紹了氧化石墨烯“缺陷修復”的過程：利用氧化石墨烯分子在溶液里形成的液晶達到液向有序；然后通過組裝或紡絲，達到固向有序?！霸谶@期間，它的分子可以進行調(diào)控，結(jié)構(gòu)也可以進行調(diào)控，最終希望通過還原或高溫修復的辦法把缺陷進行修復。

創(chuàng)生多功能復合纖維

氧化石墨烯是一種原材料，要做成最終應用需要打通“料、材、器、用”這幾個關節(jié)。高超解釋道，“料”就是把它組裝起來，“器”就是能夠把它做成一些器件，而“用”則特別體現(xiàn)在儲能、催化等方面的應用。

但是，實際應用過程沒有理論上那么簡單。不過，高超近期針對氧化石墨烯的應用范疇思考出了一張路線圖，這一路線圖由“伴生”“共生”“創(chuàng)生”三個階段組成。

“所謂伴生，就是發(fā)揮一些功能添加作用，將石墨烯添加到原有的部分基材里形成應用，比如說復合纖維、防火涂料、散熱等。它起到一個功能輔助的作用?！备叱M一步解釋道，而共生則起到功能主體的作用，比如說一個純粹的散熱膜、電池的電級、打印電路、污水處理設備、傳感器、電熱器等，“大概在2019年會有一些產(chǎn)品陸陸續(xù)續(xù)做出來”。

高超表示，創(chuàng)生則希望有一些顛覆性的應用，其標志為性能顛覆。

“第一個階段首先是要把原料做出來?！备叱f，在經(jīng)過過去10年的探索后，這條路基本上被打通了，氧化石墨烯原料已經(jīng)可以進行商品化供應，大規(guī)模制備今年就可以實現(xiàn)試生產(chǎn)。

“原料有了，接著就是它的應用?！备叱趫F隊將氧化石墨烯用于制備多功能石墨烯復合纖維。

“就是把氧化石墨烯和一些傳統(tǒng)的化纖進行結(jié)合，我們采用的技術是原位聚合?！备叱忉尩?。比如將其與尼龍單體、己內(nèi)酰胺或PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）的單體進行原位聚合。

“我們攻克了聚合、分散、紡絲三大核心技術，已經(jīng)實現(xiàn)了中試。這個纖維可以向頂級纖維邁進，做成各種各樣的制品，也可以和棉毛、絨等進行復合。”高超自豪地說，“這個領域特別大，如果做得好可以促進我國從纖維大國走向纖維強國。”

多功能石墨烯復合纖維主要有抗紫外、遠紅外發(fā)射、抗菌益菌、防螨蟲等性能。

“這些已經(jīng)過了國家機構(gòu)的檢測?！备叱f。

打開材料制造的新通路

除了復合纖維之外，氧化石墨烯液晶可以紡絲，這一屬性對于研究石墨烯的專家來說可謂打開了材料制造的新通路。

高超認為，通過一定的制備方式，氧化石墨烯可以形成一種結(jié)構(gòu)功能一體化的纖維，結(jié)構(gòu)強度可以很高，同時具有導電、導熱等功能。

朱彥武表示，氧化石墨得到的石墨烯有一個非常重要的應用，就是將它作為導電添加劑?！拔覀冊诤芏嗟恼撐暮脱芯坷铮家呀?jīng)證實它確實可以很有效地提升其所添加體系的導電性能。比如說在電池里面可以增加它的倍率性能，無論是負極還是正極，都可以很好地提升材料的性能?！?br/>
“這些功能是原來的纖維所不具備的，這樣，它就有可能把強度力學性能和材料功能完美地結(jié)合在一起，這是現(xiàn)有的材料包括碳纖維都不具備的，當然要達到這個目標，路還很長。”高超說。

高超表示，事實上，這一想法在8年甚至10年前就已經(jīng)提出來了，最新的研究通過牽伸、高溫還原的辦法使這種纖維材料的性能、功能都得到了一定程度的提升。但他同時表示，“我們也在向工程化應用推進，這條路還很漫長，需要一定的時間、長期的堅持以及大量的投入?！?br/>
“過去10年來，我們把纖維的力學性能提高了20倍，電學性能提高了兩個數(shù)量級，從這個趨勢上看，應該說它還是有前景的?！备叱f。

不過，即使單純考慮通過氧化石墨烯延伸石墨烯的性能，氧化石墨烯帶來的驚喜也不可小覷。朱彥武舉例道，石墨烯作為添加劑具有大量的使用實例，以涂層材料為例，如果用1%的氧化石墨烯替代50%的鋅粉，就會發(fā)現(xiàn)，重防腐涂料減少鋅粉使用量的同時還可以提升防腐性能。