Graphene Fibers (GFs) are one of the promising candidate for flexible conductors and energy storage devices, which can translate extraordinary properties of individual graphene sheets such as superior electrical conductivity, outstanding mechanical strength, light weight, and flexibility into the macroscopically assembled structures. GFs are fabricated by wet spinning method using liquid crystalline graphene oxides as a precursor to produce well aligned graphene oxide fibers (GOFs) and then restored electrical conductivity by reduction process. However, the reduced GOFs through chemical reduction have much lower electrical conductivity than even graphite due to the remaining oxygen functional groups and defects on the sp2 domains. In this study, highly conductive graphene fibers were fabricated by mixing graphene exfoliated by electrochemical reaction and graphene oxide in liquid crystal state. Electrochemically exfoliated graphene (EG) were used as a major matrix (75 wt% of hybrid dope) to increase the conductivity due to fewer defects and oxygen functional groups than the graphene oxide. On the other hand, the small amount of graphene oxides (25 wt% of hybrid dope) were used as a liquid crystal templates to maintain excellent mechanical strength. The reduced EG/GO hybrid fibers have high electrical conductivity only chemically reduction without expensive high temperature treatment. These hybrid fiber could be one step closer to the commercialization of graphene fibers to practical use.
그래핀 섬유는 차세대 탄소계 섬유로 가볍고 유연하며 우수한 기계적 강도와 높은 전기 전도도를 가지기에 웨어러블 디바이스 분야에 적합한 섬유이다. 그래핀 섬유는 액정상을 가지는 그래핀 산화물을 습식방사를 통해 일정한 방향으로 정렬된 그래핀 산화물 액정 섬유를 제작한 후 환원하는 방식으로 제조된다. 하지만 화학적 환원을 통해 환원된 그래핀 산화물 섬유는 남은 산소작용기와 defect에 의해 전도성이 낮은 편이다. 본 연구에서는 전기화학적 반응으로 박리된 그래핀과 액정상을 가지는 그래핀 산화물을 혼합하여 고전도도 그래핀 섬유를 제작하였다. 박리된 그래핀은 그래핀 산화물보다 산소 작용기와 defect가 적어 전도성이 좋기에 전도도를 올리는 목적으로 사용하였고, 액정상을 가지는 그래핀 산화물은 혼합섬유의 높은 배열성을 유지할 수 있는 template 역할로 사용하여 우수한 기계적 강도를 유지 할 수 있었다. 제작된 그래핀/그래핀 산화물 혼합 섬유는 화학적 환원만으로도 높은 전기 전도도를 가져 저비용, 고전도도 그래핀 섬유로 상용화의 가능성을 보여준다.