Grafenová vlákna jsou výrobky z jednodimenzionální sestavy více vrstev grafenu s vynikajícími mechanickými a funkčními vlastnostmi.
Historie Po objevu grafenu v roce 2004 došlo brzy v několika zemích ve světě k intenzivnímu zkoumání možností výroby a použití této látky. K formám grafenu patří vedle oxidu grafenového, grafenových nanočástic, 3D grafenu a několika dalších také grafenová vlákna.
První grafenové vlákno bylo (laboratorně) vyrobeno v roce 2011 v Číně mokrým zvlákňováním z roztoku grafenoxidu.
První vlákna z čistého grafenu vykazovala mnohem nižší hodnoty mechanických vlastností než surový grafen (např. pevnost 140 MPa ke 130 GPa, modul pružnosti 7,7 GPa k 1,1 TPa). Výzkum se v dalších letech zaměřoval na zlepšení fyzikálních vlastností vláken (např. příměsemi různých materiálů ke grafenu) a racionalizaci výrobní technologie. Laboratorně byla např. vyrobena vlákna s obsahem CaCl2 s pevností 500 MPa, vlákna ze směsi grafenu se stříbrných nanodrátem měla elektrickou vodivost 9,3 × 104 S/m aj.
Průmyslová výroba grafenových vláken je známá teprve od prvních let 3. dekády 21. století. Údaje o vlastnostech, rozsahu výroby a komerčního použití vláken nebyly do roku 2024 publikovány.
Způsob výroby Nejpoužívanější metoda je mokré zvlákňování z tekutých krystalů oxidu grafenového s fázemi výroby: exrtruze tekutých krystalů do koagulační lázně – koagulace – tuhnutí – chemická nebo tepelná redukce. Výsledný filament má tloušťku 50-100 µm.
Směsová vlákna se vyrábějí jako kompozity s matricí z oxidu grafenového zpevněnou polymery (PAN, PVA) jako tzv. biomimetické kompozity. Komponenty jsou spojeny zvláštní chemickou vazbou, např. pevnost vláken se může zvýšit až na 650 MPa nebo jako křížená vlákna (hybridized) tj. grafen s nanočásticemi, kvantovými tečkami, uhlíkovými trubičkami apod. – např. z vláken ze směsi grafenu se stříbrem uložených na polyuretanovém monofilamentu byl sestrojen tranzistor s výkonem μh = 15,6 cm2 V−1 s−1, Ion/Ioff > 104
Grafenová vlákna se pokusně vyráběla také suchým zvlákňováním, tzv. hydrotermálním zvlákňováním aj. Dosud se však nejlépe osvědčilo mokré zvlákňování. Průmyslová výroba grafenových vláken V březnu 2021 oznámila jihokorejská firma Huvis zahájení průmyslové výroby grafenových vláken (jako první na světě). Jedná se o metodu zvlákňování, při které se grafen vstřikuje do polyesteru. Fyzikální vlastnosti, rozsah výroby ani cena vlákna nebyly uvedeny. Materiál se má používat na výrobu funkčních oděvů, medicínských textilií, lůžkovin aj.
V roce 2024 nabízí např. jedna čínská firma vlákna ze směsi grafenu s PES a s PA jako stříž (1,4 dtex/38 mm a 2,1 dtex/51 mm), filament (36-135 dtex) a přízi (15 a 19 tex).
Odkazy Reference
Literatura Veit: Fibers, Springer Nature 2022, ISBN 978-3-031-15309-9, str. 814-816
Související články Vysoce výkonné textilní vlákno
Kategorie:Vysoce výkonná textilní vlákna