南京林业大学和马里兰大学的研究人员利用石墨烯氧化物（GO）的纳米片和一维（1D）纳米原纤维的纤维素（NFC）合成了高性能的二维（2D）微纤维。结果发现，强超细纤维由于其低成本的潜力可替代碳纤维，结果发表在NPG Asia Materials期刊上。


合成的超细纤维强度比单一的一维NFC或二维GO都要好得多。在他们的论文中，他们报道的实验结果和分子动力学模拟GO和NFC之间的协同效应：由于添加了NFC提供额外的连接力，相邻的GO薄片之间的结合力有所增强。


此外，一维NFC纤维可以作为“线”一样二维纳米片缠绕编制在一起。一个二维纳米片也可以去桥接几个一维NFC纤维，长距离下在一维NFC纤维之间提供额外的结合位点。之间的协同效应规则可以普遍适用于其他结构设计。
（a）对齐的GO薄片和NFC纤维沿纤维方向示意图。在NFC的协同作用，大大提高机械强度，弹性模量和韧性。（B）的的金属离子（Ca2 +）渗透进一步增加混合纤维砌块之间的粘结结构表示
NFC，主要来自木材，是一种在纳米级下取之不尽的一维（1D）材料。它的弹性模量为140 GPa。它还具有高的比表面积和强相互作用的表面羟基，因此可以作为一个很好的加固胶。 化学剥脱的二维（2D）的石墨烯氧化物（GO）纳米材料具有优良的机械性能，高纵横比和良好的加工性能，使纳米片变成另一种强微纤维。报道的纤维表现出的拉伸强度高达442 MPa和弹性模量47GPa。


不仅单体本身都具有优良的力学性能，砌块间的排列和相互作用也是用来实现优异的机械性能的关键。通过对裂纹产生和扩展的最小缺陷数量提供最大堆积密度，从而达到高强度的纳米复合材料。NFC和GO悬浮液可以自组装成有序的液晶排列；该方法已被证明产生超强对齐的纤维。


研究团队将GO和NFC溶液均匀混合在一起，产生均匀的平行条带状纹理。然后他们通过挤出GO-NFC纺丝溶液直接加入乙醇凝固浴制备的超细纤维。1ml纺丝液，可生产超过10米长，可产生10m长的纤维，直径在10-40μm。复合超细纤维强度大且灵活，可以很容易地用手捻成纱线。 在测试时，他们发现NFC复合超细纤维平均弹性模量和极限拉伸强度（UTS）分别为的20.6±0.9GPa ，274.6±22.4 MPa，分别高于NFC微纤维（15.5±4.5 GPA，139.1±28.7 MPa）和GO纤维（2.3±2GPa，84±2.8MPa）。 为了提高NFC混合纤维–力学性能，研究人员利用这两个单体间的氧和羧基官能团，用金属离子（Ca2+）引入GO/NFC中。
GO微纤维，NFC微纤维，NFC复合超细纤维典型的应力应变曲线。（a）金属离子（Ca2 +）引入前，（b）金属离子（Ca2 +）引入后

由此产生的NFC-GO混合微纤维具有31.6±2.5GPA的弹性模量和416.6 ±25.8MPa 抗拉强度。Ca2+离子渗透的GO-NFC混合超细纤维弹性模量34.1GPa，UTS 442.4?MPa，2%的拉伸破坏应变。 这次主要发现是规则排列的混合微纤维比组成的一维或二维微单个GO或者NFC强度要大。分子动力学模拟表明，2DGO和1DNFC之间的协同作用是导致增强的机械性能的关键因素。1D的NFC纤维柔性管对2D纳米片右良好的界面接触，并可以提供GO纳米片之间额外的连接力。


渗透金属离子的GO–NFC微纤维也是轻量级的。低成本，矿藏丰富满足潜在的商业用途产生机械强纤维经济要求。我们期待进一步的研究，采用优质的基体材料，例如较大的GO薄片，改进制造工艺以及其它金属离子的渗透，可以使我们产生更好的超细纤维。此外，2D和1D材料之间的协同相互作用机理的发现可以为高性能微纤维组成的其他材料的设计可能适用


责任翻译：Synic
cite：cite Yuanyuan Li, Hongli Zhu, Shuze Zhu, Jiayu Wan, Zhen Liu, Oeyvind Vaaland, Steven Lacey, Zhiqiang Fang, Hongqi Dai, Teng Li and Liangbing Hu (2015) “Hybridizing wood cellulose and graphene oxide toward high-performance fibers” NPG Asia Materials 7, e150; doi: 10.1038/am.2014.111 Published online 9 January 2015