Scientific Reports 5권, 기사 번호: 14946(2015) 이 기사 인용
5468 액세스
59 인용
12 알트메트릭
측정항목 세부정보
산화 그래핀 섬유(GO) 가공의 최근 개발에는 손으로 짠 직물 구조에 대한 흥미로운 시연이 포함됩니다. 그러나 생산된 섬유가 기존 직물 제조의 가공 요구 사항을 충족할 수 있는지 여부는 불확실합니다. 이 연구는 처음으로 직물 기계를 사용하여 편직할 수 있는 매우 유연하고 질긴 GO 섬유의 생산을 보고합니다. GO 섬유는 건식 제트 습식 방사 방법을 사용하여 만들어지며, 이를 통해 섬유 방사 공정의 여러 단계에서 방사 용액(GO 분산액)을 끌어낼 수 있습니다. 응고 조성 및 방사 조건을 자세히 평가하여 거의 원형에 가까운 단면과 고도로 정렬된 GO 도메인을 갖는 조밀하게 포장된 섬유를 생산했습니다. 결과는 ~7.9 GPa의 영률, ~135.8 MPa의 인장 강도, ~5.9%의 파단 변형률 및 ~5.7 MJ m−3의 인성을 갖는 편직용 GO 섬유입니다. 적절한 방사 방법, 응고 조성 및 방사 조건의 조합으로 뛰어난 인성을 지닌 GO 섬유가 탄생했습니다. 성공적인 뜨개질의 핵심 요소. 이 연구는 새로운 종류의 직물로서 GO 섬유의 잠재력을 최대한 실현하는 데 있어 중요한 진전을 강조합니다.
순수 그래핀 및 산화 그래핀(GO) 섬유에 대한 많은 흥미로운 개발이 전 세계 연구 그룹에 의해 보고되었습니다1,2,3,4,5,6,7,8,9. 이러한 발전의 원동력은 섬유를 섬유 연구에 쉽게 통합할 수 있고 그래핀과 GO 섬유가 고급 응용 분야에 부가 가치 특성을 제공한다는 것입니다. 섬유 연구 및 개발은 수십 년 동안 이어져 온 기술을 사용하며 그래핀 기반 웨어러블 에너지 저장 장치10를 비롯한 다기능 직물 개발을 향한 가장 실현 가능한 경로 중 하나입니다. GO 섬유의 직물 구조에 대한 몇 가지 시연이 있었지만 이는 손으로 짜여졌습니다1,3,8,11. 이러한 수동 생산 방법으로 인해 섬유 기계를 사용하여 공정을 채택할 수 있는지, 생산된 섬유가 섬유 가공 요구 사항을 충족할 수 있는지 평가하기가 어렵습니다. 편직용 GO 섬유를 생산하기 위한 적절한 방적 방법론을 연구하고 잠재력을 최대한 실현하기 위해 편직의 타당성을 결정하는 것이 중요합니다.
GO의 섬유 방사에 대한 최근 개발은 강성과 강도를 향상시키는 데 중점을 두었습니다. 지금까지 유연성(신축성) 및 인성 등 편직성을 달성하는 데 필요한 기타 특성의 향상은 간과되었습니다. 특히 섬유 기계를 사용하여 GO 섬유로부터 섬유 구조를 개발한 사례는 보고된 바가 없습니다.
GO 섬유의 기계적 특성은 섬유 방사 조건1,2,3,4,5,6,7,8,9의 세심한 제어를 통해 원하는 응용 분야에 맞게 조정될 수 있습니다. 액정 산화 그래핀(LCGO) 분산액1,12,13,14의 습식 방사에 대한 보고서는 LCGO 도메인의 정렬, 상호 작용 및 GO 시트 고유의 구조적 결함이 섬유 특성을 개선하는 데 중요하다는 것을 나타냅니다3, 11,15. 방사 중 섬유 연신은 LCGO 도메인의 정렬을 증가시켜 기계적 특성을 더욱 향상시키는 것으로 나타났습니다6. 섬유 결함을 초래한 회전 조건은 낮은 강성과 강도를 나타냅니다15,16. 그래핀 나노리본(GNR)의 건식 제트 습식 방사에서 방사구금과 응고욕 사이에 에어 갭을 도입하면 제트의 드로잉으로 인해 우수한 기계적 특성이 나타납니다(여기서 제트는 안정한 흐름이라고 함). 공기 중 방사 용액)16. 이 방법에서는 GNR이 클로로술폰산에 용해되고 디에틸 에테르가 응고조에서 비용매로 사용되어야 합니다. 두 시약 모두 규모 확대에 어려움을 겪고 있습니다. 반면, 수성 GNR 분산액의 건식 제트 습식 방사로 인해 특성이 떨어지는 섬유가 생성되었습니다.
23 gauge) had very small diameters (<20 μm) which were difficult to handle. In dry-jet wet-spinning, very fine spinnerets (>30 gauge, nozzle diameter <0.16 mm) were required to avoid droplet formation and to achieve spinnability (Fig. 2e). More importantly, larger nozzle diameters required higher GO concentration for the formation of a continuous jet to occur. For example, a 30 gauge needle (nozzle diameter 0.16 mm) required a 20 mg mL−1 GO dispersion to achieve the same spinnability as the 34 gauge needle (nozzle diameter 0.08 mm) using a 10 mg mL−1 GO concentration; otherwise, only droplets formed at the needle tip (Fig. 2d). Upon the investigation of nozzle size, injection rate and GO concentration during dry-jet wet-spinning, it was found that GO fibres can be successfully produced using air gap lengths of up to 5 cm. It was found however, that not all GO concentrations could be spun consistently with various nozzle sizes or at particular injection rates using a 5 cm air gap. In contrast, fibres can be consistently produced from all spinning parameters investigated when the air gap is set at 3 cm. Therefore, we maintained the air gap at 3 cm for all of our dry-jet wet-spinning experiments to ensure consistency of spinning parameters across all samples while simultaneously maximising jet-drawing. This air gap is in the range of air gaps used in commercial processes (0.5–10 cm)20,21,22,23./p>20 Hz based on above calculations), the 5 mg mL−1 LCGO dispersion exhibited a G’/G” <3 that is typical of viscoelastic soft solids24. In contrast, LCGO dispersions at higher concentrations (e.g. 10 and 20 mg mL−1) exhibited G’/G” >4 that is typical of viscoelastic gels24. These results clearly highlight the difference in rheological behaviour of GO concentrations that can be used for wet-spinning (i.e. below 10 mg ml−1) and dry-jet wet-spinning (i.e. above 10 mg ml−1) applications and how the fibre spinning conditions (i.e. flow rate and nozzle diameter) can be used to fine tune their flow behaviour and thus spinnability./p>
한국어 
English
Français
Deutsch
Español
Italiano
Português
日本語
Русский