石墨烯纖維是由石墨烯有序堆積排列而成新型碳質(zhì)纖維，具有優(yōu)異的電/熱傳輸特性。圍繞石墨烯纖維的高性能化和多功能化等關(guān)鍵問題，浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系高超教授課題組取得了系列突破性的研究成果，先后實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度高模量石墨烯纖維（Adv. Mater. 2016, 28, 6449）、導(dǎo)電率比肩金屬的高導(dǎo)電石墨烯纖維（Adv. Mater. 2016, 28, 7941）。導(dǎo)電材料導(dǎo)電性能的極限是超導(dǎo)，即導(dǎo)體電阻為零。能否研制出具有超導(dǎo)特性的石墨烯纖維，實(shí)現(xiàn)電流的無損傳輸，是高超教授課題組一直在努力尋求攻克的研究方向。
在前期工作的基礎(chǔ)上，通過氣相插層反應(yīng)，制備了金屬鈣插層的石墨烯纖維，測試了其導(dǎo)電性與溫度的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度降低至11 K時，鈣插層石墨烯纖維電阻急劇下降，表現(xiàn)出超導(dǎo)體的性質(zhì)，當(dāng)溫度達(dá)到4 K時，電阻為零。另外通過磁學(xué)性能表征，也證實(shí)了鈣插層石墨烯纖維超導(dǎo)電性的本征屬性。研究成果發(fā)表在國際著名期刊ACS Nano，影響因子13.334。
鈣插層石墨烯纖維是第一個宏觀碳質(zhì)超導(dǎo)纖維，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為11 K，與商用NbTi超導(dǎo)線相當(dāng)。隨著制備工藝的改善，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變區(qū)間會進(jìn)一步變窄，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度還會進(jìn)一步提升。這種新型輕質(zhì)超導(dǎo)纖維在低溫物理、醫(yī)療磁共振成像、超導(dǎo)量子干涉、未來電力傳輸、航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
論文第一作者為博士生劉英軍，這一研究成果由高超教授課題組與中國科學(xué)院物理研究所薛面起研究員、陳根富研究員合作完成，受國家自然科學(xué)基金資助。
