石英纤维是一种广泛使用的增强材料，具有较高的拉伸强度和出色的耐热性，如果导电，则可以应用在电磁干扰屏蔽，静电耗散和应变感应等。已经试图通过导电聚合物的表面涂层或金属膜的镀层来尝试增加石英纤维的电导率，但是这种方法会导致牺牲挠性以及重金属污染。
有鉴于此，北京大学刘忠范院士，刘开辉研究员报道了通过强制流动化学气相沉积（CVD）方法设计并大量生产了石墨烯石英纤维（GQF）的混合结构，该结构兼具石墨烯的优异导电性和石英纤维的优异性能。
文章要点
1）将50米长的石英纤维束缠绕在石英管的表面上以进行石墨烯生长。通常，对于通过热解的无金属催化剂的石墨烯生长而言，活性炭原料的适当浓度和有效的分子碰撞对于高温下石墨烯的成核和边缘附着至关重要。为了加快反应速度，研究人员设计了一个狭窄的空间，通过使用另一个同轴石英管作为盘绕石英纤维束的紧套，在低压下产生强制性的碳原料流。当将反应气体泵入两个石英管之间的间隙中时，活性碳物质会扩散到GQF单丝之间的狭窄空间（约200 nm）中，从而在纤维表面之间发生相对频繁的碰撞，从而使石墨烯成核和生长。制备的GQF的较暗光学对比表明，石墨烯成功生长在石英纤维表面上。SEM图像显示GQF的石墨烯畴尺寸约为100 nm，与直接生长在SiO2衬底上的石墨烯的尺寸一致。XPS测试表明石英纤维上具有高纯度的石墨烯涂层。
2）研究人员合成的柔性GQF对有机溶剂蒸气表现出高灵敏度，快速响应（小于0.5 s）和良好的耐久性（5000个循环），适合用作实时仿生气体传感器。此外，大量生产的GQF可以编织成米级的织物，具有可调的电导率（0.2-10 kΩ/sq的薄层电阻）和出色的电热转换效率（24 V时可在几秒钟内达到980 °C），因此极有效推动了其在工业电加热器中的应用。
这种混合的GQF材料将极大地将传统石英纤维的应用扩展到具有极大吸引力的多功能领域中。
Guang Cui, et al, Massive Growth of Graphene Quartz Fiber as a Multifunctional Electrode, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c01298
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01298
