人类社会的发展对先进纤维材料提出了前所未有的需求，如用于前沿复合材料增强的轻质高性能纤维，以及可穿戴电子产品中的 功能性、智能化纤维 等。 sp 2 组成的 碳烯材料-杂化碳原子 已被证明是 先进纤维材料 （称为 碳烯纤维 ）的理想组成部分。通常包括 原始碳烯纤维、复合碳烯纤维和碳烯改性纤维 的碳烯纤维在将纳米级碳烯材料的非凡性能转移到宏观应用方面具有很大的前景。在此，我们对碳烯纤维的概念、分类和设计策略进行了全面的讨论，然后总结了碳烯纤维的制备和应用方面的最新进展。最后，我们提供了在不久的将来为下一代纤维材料开发 轻质、高性能、功能性和智能碳烯纤维 的见解。

图文简介

(a) sp 2 组成的纳米碳烯材料示意图-杂化碳原子，主要包括CNT、石墨烯和富勒烯。(b) 三种基于 CNT/石墨烯的宏观碳烯纤维：原始碳烯纤维（碳烯材料是唯一的组成部分）、复合碳烯纤维（碳烯材料是与其他客体材料复合的主要成分）和碳烯改性纤维（碳烯材料是其他基质材料的添加剂）。(c) 原始碳烯纤维在原子尺度（碳烯材料的结构完整性）、纳米尺度（紧密堆积的结构，包括 CNT 束和石墨烯层压板）和微米尺度（均质纤维结构）水平上的多尺度设计策略。(d) 复合碳烯纤维的设计策略。客体材料（导体、交联剂、和功能材料）和碳烯材料以及纤维的微观结构（例如扭曲或多孔结构）是两个主要问题。(e) 复合碳烯纤维的设计策略，包括碳烯材料的分散及其与基体的相互作用。

原始碳烯纤维的 (a) 湿法纺丝、(b) 森林纺丝和 (c) 气凝胶纺丝程序的示意图。(d) CNTFs 机械轧制系统示意图。

碳烯纤维的应用

由于其非凡的性能，对碳烯材料的研究已经持续了数十年，目前仍在不断发展。正如这篇小型评论中所介绍的，已经仔细考虑了将纳米级碳烯材料成功组装成宏观纤维材料及其在众多领域中的应用。碳烯纤维被认为是由碳烯材料构成的纤维材料，其中可以有利地利用碳烯材料的固有性质。简要回顾了碳烯纤维的设计策略和制备方法，以探讨弥合纳米碳烯材料与宏观碳烯纤维之间差距的机遇和挑战。碳烯纤维作为轻量化的应用，

虽然取得了令人瞩目的成就，但碳烯纤维的发展面临着巨大的挑战。一个科学问题是碳烯纤维的性能仍远未达到预期。这一研究现状要求构建系统的理论框架和开发实用的加工技术。建立结构-加工-性能关系将为制备具有设计结构的高性能碳烯纤维提供指导。值得注意的是，实验室对碳烯纤维的力学测量通常不符合标准，导致对其性能的估计存在争议，因为结果很大程度上取决于测试的几何形状和方法。所以，需要建立相关的标准来客观地评价他们的表现。另一个实际问题仍然是绝大多数碳烯纤维是在实验室规模上制备的。从实验室到工业都会出现具有挑战性的问题，例如具有受控结构的碳烯材料以相对较低的成本大批量广泛使用，以及用于大量制备高性能碳烯纤维的连续制造技术。因此，基础研究和工业生产的结合是必不可少的。通过掌握先进碳烯纤维的性能传递规律和设计原理，开发相应的工业制造技术，可以期待在不久的将来碳烯纤维的最终成功。

论文信息

论文题目： Carbonene Fibers: Toward Next-Generation Fiber Materials

通讯作者：张锦

通讯单位：北京大学

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