Die skalierbare Herstellung von hochleitfähigen und flexiblen Garnen ist entscheidend für die nächste Generation tragbarer Heiztextilien. Die Flüssigphasen-Exfoliation von Graphit zu Graphen bleibt jedoch durch den intrinsischen Kompromiss zwischen erreichbarer Konzentration und Qualität von Graphen-Dispersionen eingeschränkt. Hier wird eine einfache und kostengünstige Sand-Mahl-Exfoliation-Strategie entwickelt, um die großtechnische Produktion von Graphen-Dispersionen zu ermöglichen, indem die nicht-kovalenten Oberflächenwechselwirkungen zwischen Graphen und einem Natriumdodecylbenzenesulfonat (SDBS)-Carboxymethylcellulose (CMC)-Bikomponentensurfactant-System ausgenutzt werden. Das Bikomponentensurfactant-System senkt nicht nur die Oberflächenspannung von Wasser, um eine effiziente Exfoliation zu erleichtern, sondern bietet auch synergistische sterische-elektrostatische Stabilisierung von Graphen-Nanoschichten. Durch die systematische Regulierung des CMC-Molekulargewichts wurden stabile Graphen-Dispersionen mit einer hohen Konzentration von bis zu ∼20 mg·mL–1 erhalten. Die resultierenden Graphen-Nanoschichten weisen einen hohen Anteil an wenige-schichtigen Strukturen (42 %, ≤3 nm), uniforme laterale Dimensionen von 0,6–0,8 μm, eine niedrige Fehlendichte (ID/IG ≈ 0,10) und eine elektrische Leitfähigkeit von 7220 S·m–1 auf. Begünstigt durch starke Wasserstoffbrückenwechselwirkungen wird Graphen gleichmäßig auf Baumwollgarnen abgeschieden, was zu flexiblen leitfähigen Garnen mit einem niedrigen Widerstand von 32 ± 19 Ω für eine Länge von 2 cm und einer effizienten Joule-Heizung von bis zu 130,6 °C bei 5 V führt, was vielversprechendes Potenzial für tragbare Elektronik demonstriert. Es wurde beobachtet, dass Wasserstoffbrückenwechselwirkungen eine dominante Rolle in der interfacialen Wechselwirkung zwischen Graphen und Cellulose spielen, wodurch ein intimer interfacialer Kontakt und eine uniforme Verankerung von Graphen auf der Garnoberfläche ermöglicht werden. Diese interfaciale Kopplung erleichtert die Bildung kontinuierlicher leitfähiger Wege, was den niedrigen elektrischen Widerstand und die effiziente Joule-Heizleistung erklärt.
Zhang et al. (Mon,) untersuchten diese Frage.