[发明专利]一种CVD石墨烯的玻璃纤维

说明书

技术领域

本发明涉及一种玻璃纤维，特别是涉及一种CVD石墨烯的玻璃纤维。

背景技术

玻璃纤维具有拉伸强度高、弹性模量高、抗冲击性能好、化学稳定性好、抗疲劳性好、耐高温等优良性能，广泛应用于航天、航空、兵器、舰船、化工等领域，如导弹发动机壳体、宇航飞机内衬、枪托、发射炮筒、防弹装甲、高压容器等。而玻璃纤维增强树脂却有着世界纤维增强树脂基复合材料市场几乎90％的市场占有率，可见玻璃纤维作为增强材料的重要性。随着复合材料向高性能与多功能化制造技术先进化及应用扩大化的不断发展，对玻璃纤维增强基材提出更高要求。更高模量，更高强度能够运用在更高更广领域的结构-功能一体化玻璃纤维复合材料已经成为研究人员新的研究热点。石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的可见光，却对红外线有着强烈的吸收；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm²/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10^-6Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料，而且石墨烯的力学性能也十分优异，其杨氏模量高达1100GPa，断裂强度为130GPa。在玻璃纤维表面制备一层石墨烯层，将两者的优势互补，使得玻璃纤维具有无可比拟的特性，例如，利用石墨烯的高强的特性，可制备出力学性能更加优异的玻璃纤维增强复合材料；利用石墨烯对红外波的吸收，可制备出玻璃纤维增强的红外隐身材料；利用石墨烯的高导电性能以及玻璃纤维的绝缘特性，可制备出高性能储能电池、变压器、高压电机等设备；利用石墨烯的憎水性和玻璃纤维织物的强度高、尺寸稳定等特点，因而可在生物医学领域用作矫形和修复材料、牙科材料、医用器材等。

文献[Keun Soo Kim，Yue Zhao，Houk Jang，Nature，457，706-710，2009和Xuesong Li，Weiwei Cai，Jinho An，Seyoung Kim，Science，324，1312-1314，2009]分别报道了一种在金属镍和铜表面制备石墨烯的方法，在金属表面制备出大面积的石墨烯层。石墨烯是由碳原子按照正六边形紧密排列成蜂窝状晶格的单层二维平面结构，电子迁移率超过15000cm²/V.S，电阻率比铜或银更低；其导热系数高达5300W/m.K，高于碳纳米管和金刚石，具有十分优异的导电性和导热性。但是该方法只是在金属基体表面上制得石墨烯，并不能实现在实际所需的目标基体上制备石墨烯，例如在玻璃纤维上的制备，从而限制了石墨烯在市场中的使用及推广。文献[Wenyi Huang，Jianfeng Yu，Kwang Joo Kwak，L.James Lee，et al.Adv.Mater.2013，25，4668-4672]报道了一种制备含有强键官能团的石墨烯的方法，该方法通过控制功能石墨烯(GP-SO₃H)纳米纸和硅橡胶的含量来制得，所制备的石墨烯与基体之间具有很强的共价键结合，使之可以与陶瓷坩埚、玻璃纤维、石英、硅晶片或者金属结合的更紧密。但是该方法所制备的石墨烯层数以及均匀性难以控制，使所制备的材料性能下降。

而CVD方法制备石墨烯简单易行，所得石墨烯均匀可控且质量很高，可实现大面积生长。通过在镀有金属过渡层的玻璃纤维上CVD石墨烯，可使得石墨烯与玻璃纤维优势互补，制备出超高性能的CVD石墨烯的玻璃纤维材料。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有玻璃纤维性能，包括力学性能、电性能等方面的不足，提供了一种高性能的石墨烯玻璃纤维。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：提供了一种CVD石墨烯的玻璃纤维，其特征在于由玻璃纤维，及由内而外依次附着在其表面的金属涂层和石墨烯层组成。所述的玻璃纤维为玻璃纤维丝、玻璃纤维束、玻璃纤维布、玻璃纤维毡或玻璃纤维织物。所述的金属涂层为金属铜涂层、金属镍涂层、金属钴涂层、金属银涂层或金属金涂层，金属涂层厚度为25-500nm。所述的石墨烯层包含1-200个碳原子层。

本发明的有益效果：由于石墨烯的高强度，高韧性，能够显著提高玻璃纤维的强韧性；利用石墨烯高导电性能，所制得的玻璃纤维具有高导电性，能够成为高性能储能设备的优选材料。

附图说明

图1是本发明的结构示意图：

10为玻璃纤维；20为金属涂层；30为石墨烯涂层；

图2是CVD石墨烯玻璃纤维的拉曼光谱图；

图3是CVD石墨烯玻璃纤维的扫描电子显微镜图片。

具体实施方式