[发明专利]一种石墨烯纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维材料，尤其涉及一种石墨烯纤维及其制备方法。

背景技术

石墨烯（Graphene）是新的二维碳的同素异形体，自发现伊始就引起了广泛的关注。石墨烯具有已知材料中最高的强度，同时具有优异的导电性和导热性。从而，石墨烯可以作为一种理想的组装单元来制备高性能纤维，气凝胶，薄膜以及纳米复合材料，其中石墨烯纤维是一类新型高性能多功能纤维材料，可通过氧化石墨烯液晶连续制备。在制备石墨烯纤维过程中，经过化学还原或热还原作用，不导电的氧化石墨烯会转化为具有导电性的石墨烯。然而，实验测试表明通过氧化石墨烯还原而来的石墨烯仍然具有结构导电缺陷，会很大程度上限制石墨烯纤维导电性能的提高。

发明内容

本发明实施例提供了一种解决了氧化石墨烯还原具有的结构导电缺陷而具有优异导电性能的石墨烯纤维及其制备方法。

一种石墨烯纤维，为金属纳米线掺杂石墨烯纤维的复合纤维，所述复合纤维主要成分是石墨烯和金属纳米线，其中金属纳米线所占质量比为0.1%～50%，所述石墨烯呈片层形态，金属纳米线与石墨烯片层同时沿石墨烯纤维的轴向平行排布。

一种石墨烯纤维的制备方法，主要包括三步骤，其中先在质量浓度为0.3%～3%的氧化石墨烯液晶中加入质量分数为0.1～50%的金属纳米线，以100～1000rpm的搅拌速度搅拌均匀形成氧化石墨烯-金属纳米线纺丝液溶胶；然后，取前面所得的氧化石墨烯-金属纳米线纺丝液溶胶，以1～100mL/h的挤出速度通过直径为5～500μm的纺丝管后，于5～80℃的凝固液中停留1～100s凝固成丝，再洗涤干燥后，得到金属纳米线掺杂氧化石墨烯纤维；最后，将所得的金属纳米线掺杂氧化石墨烯纤维置于还原剂中还原0.1～100h后洗涤或者进行热还原后得到金属纳米线掺杂石墨烯纤维。

上述石墨烯纤维及其制备方法，在制备过程中通过氧化石墨烯-金属纳米线纺丝液溶胶进行纺丝，在纺丝过程中氧化石墨烯-金属纳米线纺丝液溶胶在纺丝流动场的作用下使得氧化石墨烯片层更有序地沿纤维轴向排列，同时也促进了纺丝液溶胶中分散的金属纳米线沿纤维轴向排列；从而形成了氧化石墨烯片层和金属纳米线沿纤维轴向规整排列的微观结构；而且沿纤维轴向排列的金属纳米线形成了贴附在石墨烯表面和连接石墨烯堆叠边界两种形态，从而降低了石墨烯片面内缺陷导致的电阻以及石墨烯片层叠合形成的晶界电阻，实现金属线掺杂石墨烯纤维的电导率大幅度提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1为本发明实施例中一种石墨烯纤维表面的扫描电子显微镜照片。

图2为本发明实施例中一种石墨烯纤维截面的扫描电子显微镜照片。

图3为本发明实施例中一种银纳米线掺杂石墨烯纤维的微观结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本发明实施例一提供的一种石墨烯纤维，为一种金属纳米线掺杂石墨烯纤维的复合纤维，复合纤维主要成分是石墨烯和金属纳米线，其中金属纳米线所占质量比在0.1%～50%，所述石墨烯呈片层状态，金属纳米线与石墨烯片层同时沿石墨烯纤维的轴向平行排布。

由金属纳米线掺杂石墨烯纤维表面的扫描电子显微镜照片图1所示，所述石墨烯纤维中的金属纳米线通向排列；由金属纳米线掺杂石墨烯纤维表面的扫描电子显微镜照片图2所示，石墨烯呈片层分布且相互平行，箭头所指的斑点为金属纳米线端面，可见金属纳米线垂直纸面排列而平行与石墨烯片层。

所述石墨烯纤维是一维纤维，其纤维直径范围为1μm～500μm（微米），纤维长度可达数百米，其典型直径为10μm。