石墨烯(Graphene)，即單層石墨片，是繼富勒烯、碳納米管之后納米碳家族的一個新成員。由于其豐富而獨特的性質(zhì)，石墨烯在場效應(yīng)晶體管、透明電極、納米結(jié)構(gòu)及功能復(fù)合材料、超級電容器等領(lǐng)域有著廣闊應(yīng)用前景。在眾多制備石墨烯的方法中，從氧化石墨烯前驅(qū)體出發(fā)是制備石墨烯宏觀材料的一種最有效的方法。而在此過程中，如何實現(xiàn)石墨烯在材料中的有序排列成為一個關(guān)鍵問題。如果石墨烯或者石墨烯衍生物在溶液環(huán)境中能形成液晶，這將為制備石墨烯有序材料提供一種簡單有效的液態(tài)組裝方法。

在上海光源SAXS線站工作人員的緊密配合下，浙江大學(xué)高超教授研究組近期又發(fā)現(xiàn)了氧化石墨烯的手性液晶相行為，這也是觀測到的首例二維膠體手性液晶。利用SAXS技術(shù)，該課題組在氧化石墨烯手型液晶中觀測到了令人信服的的層狀結(jié)構(gòu)特征，這也為提出二維膠體扭曲層狀邊界手性液晶結(jié)構(gòu)模型奠定了堅實的基礎(chǔ)。 在氧化石墨烯基礎(chǔ)上，他們還首次制備了高強度高導(dǎo)電性的柔性石墨烯纖維，大大開拓了石墨烯液晶的實際應(yīng)用。此工作發(fā)表在Nature Communications上(Graphene Chiral Liquid Crystals and Macroscopic Assembled Fibres. Nature Communications,2011, 2, 571. )。

他們的實驗結(jié)果表明：隨著濃度的增加,氧化石墨烯溶液會出現(xiàn)無序相——向列相——手性相的轉(zhuǎn)變。從液晶理論出發(fā)，同時具有層狀結(jié)構(gòu)和連續(xù)的螺旋結(jié)構(gòu),體系應(yīng)該是層狀邊界出現(xiàn)連續(xù)的螺旋位錯而形成的受挫結(jié)構(gòu)。濃度梯度的SAXS實驗證明了氧化石墨烯手性液晶中存在的層狀結(jié)構(gòu)，并且隨著濃度的增加，層間距呈現(xiàn)遞減的規(guī)律。另外，通過調(diào)節(jié)液晶分散液中的離子濃度的SAXS實驗可以確定形成手性液晶的驅(qū)動力在于氧化石墨烯片之間的靜電排斥作用（圖1）。這些結(jié)果都有力地證實了他們提出的二維膠體手性液晶的扭曲層狀邊界模型（圖2）。最后，他們還首次利用氧化石墨烯液晶紡制了連續(xù)的高強度高導(dǎo)電性的柔性石墨烯纖維（圖3），發(fā)展了一種從溶液法制備多功能性碳基纖維的新方法。