濕紡絲氧化石墨烯液晶（GO LCs）是一種可擴(kuò)展的制造石墨烯纖維的方法，可用于柔性和可穿戴設(shè)備。在這項研究中，使用旋轉(zhuǎn)Couette流（定子和轉(zhuǎn)子之間的小間隙）進(jìn)行高剪切混合，有效地從納米厚單層氧化石墨烯薄片分散中生產(chǎn)LC相。經(jīng)過1分鐘的高剪切攪拌，得到的LC相粘度高于常規(guī)磁力攪拌得到的LC相。石墨烯纖維是通過濕紡絲和隨后的氧化石墨烯LCs的化學(xué)還原得到的，獲得了改善的機(jī)械和電氣性能。由于石墨烯lc及其后續(xù)石墨烯纖維的高效生產(chǎn)，石墨烯纖維直接用作柔性和可穿戴溫度傳感器的熱敏電阻。該光纖熱敏電阻的高溫電阻系數(shù)為- 0.21±0.01% /°C，線性度高，相關(guān)系數(shù)為0.999，時間常數(shù)低，為0.33±0.07 s，重復(fù)性好。因此，這項研究證明了高剪切混合的潛力，可以快速制造用于可穿戴設(shè)備的石墨烯纖維，包括智能紡織品、軟機(jī)器人和柔性醫(yī)療設(shè)備。
圖1. 高剪切混頻器制備氧化石墨烯纖維示意圖。(a)高剪切混合器，由定子和轉(zhuǎn)子之間有小間隙組成。(b)濕紡絲裝置，由帶噴絲器的注射泵、旋轉(zhuǎn)冷凝、紅外燈和旋轉(zhuǎn)收集鼓組成。
圖2. 氧化石墨烯薄片的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性。(a)放置在二氧化硅襯底上的氧化石墨烯薄片的SEM圖像。(b)氧化石墨烯薄片的原子力顯微鏡圖像。(c)氧化石墨烯薄片沿(a)、(d)拉曼（Raman）、(e) XRD、(f)氧化石墨烯粉末XPS C1s譜線的譜線輪廓。
圖3. 使用GO LC涂料。（a–f）通過（a–c）磁攪拌和（d–f）高剪切混合獲得的GO LC涂料的數(shù)字照片。將瓶子倒置，檢查每種情況下的粘度狀態(tài)。（g） 粘度是每個樣品剪切速率的函數(shù)。
圖4. 使用（a，d）S1200×12h、（b，e）M1200×10m和（c，f）M8000×1m摻雜制備的rGO纖維的（a–c）橫截面和（d–f）表面形貌的SEM圖像。
圖5. 還原氧化石墨烯纖維的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性：(a)纖維的拉曼光譜和(b)纖維的XRD光譜。
（c - e）使用(C) S1200 × 12h, (d) M1200 × 10m, (e) M8000 × 1m的氧化石墨烯LC摻雜制備的光纖的XPS C1s光譜。
圖6. 通過磁攪拌和高剪切混合制備的GO-LC摻雜rGO纖維的力學(xué)和電學(xué)性能：（a）代表應(yīng)力-應(yīng)變曲線，（b）拉伸強(qiáng)度，（c）韌性，以及（d）密度和電導(dǎo)率。
圖7. 使用rGO纖維的柔性纖維形熱敏電阻。（a） S1200×12h和M8000×1m光纖的相對電阻隨溫度的變化。插圖顯示了纖維熱敏電阻的靈活性。（b） 采用M8000×1m制作的rGO光纖熱敏電阻的循環(huán)電阻響應(yīng)。（c） 在35°c與熱源周期性接觸期間熱敏電阻的相對電阻變化。（d） 根據(jù)（c）中的電阻響應(yīng)估算的時間常數(shù)。
相關(guān)研究成果由成均館大學(xué)
Ji Won Suk課題組2024年發(fā)表在
ACS Applied Nano Materials
(鏈接：https://doi.org/10.1021/acsanm.4c04725)上。原文：
Rapid Fabrication of Graphene Fibers and Fiber-Based Thermistors for Wearable Devices
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
