高导热石墨烯纤维的制备及性能研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51803177
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    刘英军
  • 依托单位：
    浙江大学
  • 学科分类：
    E0304.通用高分子材料
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Fibers with high thermal conductivity play significant roles in functional composite materials, intelligent garment and military equipment. As an emerging carbonaceous fiber, graphene fiber (GF) is hoped to inherit the exceptional thermal conductivity of single graphene sheet and become a promising thermally conductive material. Targeting on the controllable preparation of highly thermally conductive GF and its structure-property relationship, we will systematically study the preparation of less-defective graphene oxide, wet-spinning assembly, post-treatment, and thermally conductive performance of the GFs. The evolution of the multilevel structural defects in the overall process will be characterized in detail. We will also study the effect of the basic assembly micro-structure on the thermally conductive properties of the GF and explore the effective approaches to improve the thermal conductivity. This project will realize the successful preparation of highly thermally conductive GFs and establish the fundamental relationship between structure and performance, which will help to upgrade the combined performance of the GFs. Additionally, this study will also contribute to further development of the graphene materials with macroscopically ordered structure.
高导热纤维在功能复合材料、智能服饰、军用装备等领域有重要的应用价值。作为一种新型碳质纤维，石墨烯纤维有望继承单片石墨烯优异的导热特性，成为有发展前景的导热材料。本项目针对高导热石墨烯纤维的可控制备及结构性能关系，拟从低缺陷氧化石墨烯可控制备及结构优化、氧化石墨烯纤维的可控制备、石墨烯纤维低缺陷化处理、纤维微纳尺度缺陷结构调控以及导热性能精确测试等方面开展系统深入的研究。逐步阐明原料制备、湿法组装、液固相变以及低缺陷化处理过程中多级多尺度结构缺陷演变规律，剖析结构缺陷对纤维导热性能的影响，理解石墨烯纤维导热特性的微观结构机制，探索提高石墨烯纤维导热率的方法。本项目将实现高导热石墨烯纤维的可控制备，建立深入的结构性能关系认识，为提升石墨烯纤维的综合性能提供理论依据，同时有助于推动其他石墨烯宏观有序材料的发展。

结项摘要

石墨烯纤维是由石墨烯基元沿轴向有序堆积排列而成的连续组装材料，具有高力学性能和功能特性。本项目重点研究石墨烯纤维的导热性能及结构影响因素。从低缺陷氧化石墨烯可控制备及结构优化、氧化石墨烯纤维的可控制备、石墨烯纤维低缺陷化处理、纤维微纳尺度的结构调控以及导热性能精确测试等方面开展系统深入的研究。阐明了氧化石墨烯原料制备、湿法组装、液固相变以及低缺陷化处理过程中多级多尺度缺陷结构演变规律，建立了纤维取向度、晶区尺寸与石墨烯纤维导热性能的关系，石墨烯纤维导热率达1480 W/mK，导电率为1.2 MS/m，力学强度达到了3.4 GPa，模量341 GPa。通过本项目，建立了高导热石墨烯纤维的制备方法系统，为后续工程化制备石墨烯纤维丝束提供了宝贵的研究经验；加深了对石墨烯纤维结构和性能构效关系的认识，为进一步开展石墨烯纤维结构设计和优化石墨烯纤维制备工艺指明了方向。在完成研究计划的基础上，还将高导热石墨烯纤维的研究经验和研究方法拓展到石墨烯纳米纤维、高导热石墨烯薄膜连续化制备、溶致塑化发泡法制备石墨烯气凝胶等，推动石墨烯宏观组装材料的发展。.项目执行期间，在Science Advances、Small、Carbon等期刊发表基金标注论文10篇，授权中国发明专利3项，做国内学术会议邀请报告3次。积极对接国家需求，获得2项军科委项目资助，推进石墨烯研究成果在国防领域的转化和应用。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（3）
Solder-free electrical Joule welding of macroscopic graphene assemblies
宏观石墨烯组件的无焊电焦耳焊接
  • DOI：
    10.1016/j.mtnano.2018.09.005
  • 发表时间：
    2018-08
  • 期刊：
    Materials Today Nano
  • 影响因子：
    10.3
  • 作者：
    Yingjun Liu;Chunyuan Liang;Anran Wei;Yanqiu Jiang;Qishi Tian;Ying Wu;Zhen Xu;Yinfeng Li;Fan Guo;Qiuyan Yang;Weiwei Gao;Hongtao Wang;Chao Gao
  • 通讯作者：
    Chao Gao
Continuous crystalline graphene papers with gigapascal strength by intercalation modulated plasticization
通过插层调节塑化获得具有千兆帕强度的连续结晶石墨烯纸
  • DOI：
    10.1038/s41467-020-16494-0
  • 发表时间：
    2020-05-27
  • 期刊：
    NATURE COMMUNICATIONS
  • 影响因子：
    16.6
  • 作者：
    Li, Peng;Yang, Mincheng;Gao, Chao
  • 通讯作者：
    Gao, Chao
Ultrathick and highly thermally conductive graphene films by self-fusion
自熔超厚高导热石墨烯薄膜
  • DOI：
    10.1016/j.carbon.2020.05.051
  • 发表时间：
    2020-10
  • 期刊：
    Carbon
  • 影响因子：
    10.9
  • 作者：
    Xiaodong Zhang;Yan Guo;Yingjun Liu;Zheng Li;Wenzhang Fang;Li Peng;Ji Zhou;Zhen Xu;Chao Gao
  • 通讯作者：
    Chao Gao
Hydroplastic foaming of graphene aerogels and artificially intelligent tactile sensors.
石墨烯气凝胶和人工智能触觉传感器的水塑发泡。
  • DOI：
    10.1126/sciadv.abd4045
  • 发表时间：
    2020-11
  • 期刊：
    Science advances
  • 影响因子：
    13.6
  • 作者：
    Pang K;Song X;Xu Z;Liu X;Liu Y;Zhong L;Peng Y;Wang J;Zhou J;Meng F;Wang J;Gao C
  • 通讯作者：
    Gao C
Rapid roll-to-roll production of graphene films using intensive Joule heating
利用强焦耳加热快速卷对卷生产石墨烯薄膜
  • DOI：
    10.1016/j.carbon.2019.09.021
  • 发表时间：
    2019-12-01
  • 期刊：
    CARBON
  • 影响因子：
    10.9
  • 作者：
    Liu, Yingjun;Li, Peng;Gao, Chao
  • 通讯作者：
    Gao, Chao

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刘英军的其他基金

面向空间应用的低温区高导热石墨烯组装材料的制备及热物性研究
  • 批准号：
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    2022
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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