股票 
板块 
用户 
资讯 研究背景
高性能纤维具有轻质、高强优势，是航空航天、机器人、电子设备等领域的关键材料。开发兼具高拉伸强度与高抗弯刚度的纤维在结构材料领域具有重要的应用价值。然而，传统纤维的抗拉强度与抗弯刚度难以兼具：提高强度通常减小纤维直径，而直径减小又显著降低抗弯刚度；当纤维直径增大从而提升抗弯刚度时，内部缺陷增加，强度明显下降（Griffith定律）。因此，开发兼具高拉伸强度与高抗弯刚度的纤维仍面临巨大挑战。
受自然界树木的分级组装结构启发，浙江大学高超教授团队提出多尺度融合纺丝策略，使多根氧化石墨烯（GO）凝胶细丝在连续拉伸过程中发生融合、取向和致密化，构筑结构均一的大直径石墨烯纤维。该策略有效抑制了纤维直径增大时内部缺陷的放大，开发出兼具高拉伸强度与高抗弯刚度的石墨烯纤维（直径20-200μm），拉伸强度高达3.0 GPa，抗弯刚度高达1.6×106 N μm2，突破传统纤维拉伸强度与抗弯刚度难以兼具的限制。此外，该纤维还呈现出优异的热导率（1390 W m-1 K-1）和电导率（1.2×106 S m-1），并在极端高低温（4-2000 K）、强酸强碱（pH 0-14）和大风（0-7级）等极端环境中保持稳定性能，在仿生飞行器翅脉、机器人足/爪的抓取-检测等结构-功能一体化场景中展现出重要应用潜力。相关成果以“Bioinspired strong and rigid fusion-spun graphene fibers for harsh robotics”为题发表在《Science Advances》（DOI: 10.1126/sciadv.aeg6444）期刊，浙江大学博士生张祎玮为论文第一作者，浙江大学博士后畅丹、许震长聘副教授、高超教授为共同通讯作者。
工作介绍
1.提出多尺度融合纺丝策略，连续制备高性能石墨烯纤维
采取多孔喷丝板，通过多个孔道制备GO凝胶细丝。经凝固、塑化、拉伸后，多根高度取向的细丝在溶胀—干燥过程中发生自适应收缩和融合，并通过氢键、范德华力和π–π相互作用形成致密的互锁结构，最终连续融合成单根纤维。通过调节喷丝板孔数，纤维直径可由约7 μm调控至200 μm。
与传统直接湿法纺丝相比，多尺度融合纺丝能够显著改善纤维的结构均一性。融合纺石墨烯纤维具有更圆的横截面、更低的表面粗糙度以及更均匀的内部结构，明显削弱传统大直径湿纺纤维的皮芯结构。
图1. 仿生分级组装的多尺度融合纺丝策略制备石墨烯纤维
图2. 融合纺石墨烯纤维的多尺度结构规整性
2. 揭示融合抑制缺陷机理，实现高拉伸强度与高抗弯刚度协同
传统湿法纺丝中，随着纤维直径增大，双扩散路径变长，易形成明显的皮芯结构，导致纤维的致密度和取向度下降。而在融合纺丝中，多根细丝通过连续融合缩短了内部传质路径，同时利用细丝之间的自适应形变减少表面褶皱，从而在纤维直径增大时保持高度致密和取向结构。
基于此，融合纺石墨烯纤维表现出优异的力学性能。当纤维直径由7 μm增加至100 μm时，其拉伸强度保持在3.0 GPa以上，而传统湿纺石墨烯纤维的强度则快速下降至约87 MPa。直径100 μm的融合纺石墨烯纤维拉伸强度达到3.0 GPa，杨氏模量330 GPa，抗弯刚度达到1.6×106 N μm2。同时，其热导率达到1390 W m-1 K-1，电导率达到1.2×106 S m-1。该纤维性能在4 K-2000 K极端高低温、pH 0-14强酸强碱等极端环境中表现出优异的稳定性，证明该石墨烯纤维适用于不同的极端环境，而传统高性能纤维难以适用于此类环境。
图3. 融合纺石墨烯纤维的力学、导热、导电性能及其在极端环境中的性能稳定性
3. 高强高刚石墨烯纤维在极端环境机器学中的应用
基于融合纺石墨烯纤维的轻质、高强、高刚、耐极端高低温、耐腐蚀等优点，开发该纤维作为仿生微型飞行器翅脉、机器人足/爪等关键结构件的应用。例如，采取融合纺石墨烯纤维作为仿蜻蜓微型飞行器翅脉，在7级大风条件下，翅膀的偏转角仅约5°，显著低于钢丝翅脉的43°。采用融合纺石墨烯纤维用于蜘蛛形机器人的足/爪后，实现在强酸、强碱环境中的长时稳定行走、抓取与释放物体并原位检测被抓物体的电导率等物理性质，识别被抓物体的属性，实现抓取-检测一体化，并在77 K液氮和2000 K高温环境下完成稳定操作，展现出极端环境机器学的应用潜力。
图4. 高强高刚石墨烯纤维在极端环境机器学的应用
工作总结
受生物分级组装思想启发，本工作提出了多尺度融合纺丝策略，通过连续融合、拉伸取向，实现了高度致密、结构规整石墨烯纤维的制备。融合抑制缺陷机理避免了传统纤维随直径增大的缺陷放大效应，突破了拉伸强度—抗弯刚度平衡瓶颈，实现了拉伸强度高达3.0 GPa、抗弯刚度高达1.6×106 N μm2的协同提升。结合该纤维优异的导热、导电性与极端环境耐受性，开发其作为关键结构材料在极端环境机器学中的应用，为高性能纤维、仿生飞行器、极端环境机器人等领域的发展提供新思路。
前期工作基础
该工作基于团队在石墨烯纤维及宏观组装材料领域长期积累的研究基础，相关综述见 Appl. Phys. Rev. 2023, 10, 011311；Adv. Mater. 2020, 32, 1902664；Acc. Chem. Res. 2014, 47, 1267。相关工作包括塑化纺丝提高石墨烯纤维取向和性能（Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2006584）、离子交联同步增强纤维塑性、承载能力和导电性能（Matter 2026, 9, 102517），以及超高倍率牵伸实现石墨烯纤维强度与热导率协同提升（Nat. Mater. 2026）。特别是，团队发现了氧化石墨烯基纤维可逆融合与分裂这一独特动态组装现象（Science 2021, 372, 614），并开展了水启发的氧化石墨烯导向模块机械式组装研究（Matter 2026, 9, 102799）；同时发展了复合流场双向有序组装（Nat. Commun. 2024, 15, 409）和分域剪切多流场限域折叠石墨烯纤维（Nat. Mater. 2026, 25, 191–198）等系列工作，为本工作发展多尺度融合纺丝、实现石墨烯纤维高强高刚协同奠定了基础。
基金致谢
本工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、中国博士后创新人才支持计划等项目的资助与支持。
信息来源：纳米高分子高超课题组
2026中国国际石墨烯创新大会
11月13-15日 中国·温州
“2026年中国国际石墨烯创新大会”将由石墨烯产业技术创新战略联盟（CGIA）和正泰集团联合主办，将于2026年11月13-15日在温州市（乐清）举办。大会聚焦石墨烯应用市场，着力促进石墨烯创新成果与产业端的深度对接合作，推动石墨烯产业迈向高质量发展新阶段。2026中国国际石墨烯材料应用博览会将同期举办。
点击下方链接，了解大会详情：
??官宣 | 关于召开2026中国国际石墨烯创新大会的通知
??重磅征稿｜2026 中国国际石墨烯创新大会论文征集通知
??报名通道已开启 | 2026中国国际石墨烯创新大会火热报名中~
??展商招募 | 2026中国国际石墨烯材料应用博览会
会务组电话：
4001103655
13264226602（微信同号）
13260327636（微信同号）
16601148110（微信同号）
注：添加微信请备注姓名+单位
FOCUS
重点关注
??联盟理事单位招募 | 联合前行，共赢未来~
??石墨烯联盟（CGIA）广告投放服务合作指南
??2026，与CGIA同行：您的每一个需求，我们都将全力以赴！
??【需求对接】需采购铜包石墨烯漆包线
??【需求对接】需采购高导电型导体材料、电磁屏蔽用的柔性材料、高导热型导体/屏蔽材料
??【需求对接】需采购胶辊用石墨烯改性橡塑材料
??【采购需求】耐高温耐磨石墨烯防腐涂料
??【需求对接】聚焦产业技术突破 阀门龙头企业公开四大合作攻关需求
??项目征集｜石墨烯铝基导电、导热产业化项目火热征集中
??《全球石墨烯产业研究报告系列丛书》
??【需求对接】需采购石墨烯粉体
??关于征集石墨烯及新材料在汽车、医药、农业等应用领域的产业化项目的通知
我们的视频号
“石墨烯联盟”视频号里面，有备受瞩目的“烯”世奇材，有惊喜连连的大咖开讲，有生动有趣的科普视频，甚至还有不定期的“福利”乱入...欢迎大家扫码关注我们的视频号，将满满的干货收入囊中~
我们的视频号
评论 (0)