[发明专利]多孔石墨烯-碳纳米管复合纤维及其快速制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔石墨烯‑碳纳米管复合纤维及其快速制备方法。所述快速制备方法包括：提供石墨烯‑碳纳米管复合纤维；以及，在所述石墨烯‑碳纳米管复合纤维上快速加载电压，使得石墨烯‑碳纳米管复合纤维快速膨胀，从而在纤维内部形成三维孔状结构，进行形成多孔石墨烯‑碳纳米管复合纤维。本发明的工艺简单易实施，只需要在石墨烯‑碳纳米管复合纤维上快速加载电压，就能瞬间在复合纤维内部形成三维孔状结构，具有很高的效率，且成本低廉。

技术领域

本发明涉及一种快速制备多孔石墨烯-碳纳米管复合纤维的方法，属于纳米多孔材料制备技术领域。

背景技术

随着人们对于便携式、柔性可穿戴电子设备的需求日益增加，从而对于与这些电子设备相匹配的轻质、高容量、柔性的储能器件的需求也成为了人们关注的焦点。然而，传统的储能器件都存在着体积较大、充放电速度慢，且无柔性等缺点，极大限制了可穿戴电子设备的发展。为解决以上问题，人们在不断开发具有柔性、可编织性且具有高储能的新材料作为储能器件的电极。超级电容器是一种电化学能量存储器件，主要是利用高比表面积的电极材料与电解质之间形成双电层电容来实现电能的存储，具有高的功率密度、良好的循环稳定性，被视为下一代储能器件。线性超级电容器作为超级电容器中的一类新兴成员，具有体积小，柔性高、易于编织等特点，近来在可穿戴储能领域得到了诸多关注。然而，由于纳米碳材料(主要包括碳纳米管和石墨烯)之间易于相互堆垛，特别是通过纺丝得到的碳纳米管和石墨烯纤维没有太大的比表面积，所以很难发挥其在超级电容器中的优势。

为了提升石墨烯-碳纳米管复合纤维的比表面积，获得三维多孔结构，人们进行了诸多探索，例如通过冷冻干燥、超临界的方式来克服表面张力所带来的纳米碳材料的堆垛，从而得到高比表面积的石墨烯复合碳纳米管气多孔纤维。上述过程的制备方法虽能得到大的比表面积，但制备过程复杂，对设备要求高，且制备周期长，难以真正推动石墨烯复合碳纳米管在纤维超级电容器的大批量快速制备。因此，如何通过简单的方式克服石墨烯复合碳纳米管的再次堆垛，在纤维内部得到三维疏松结构，进而增加石墨烯复合碳纳米管的比表面积，这对于推进纳米碳材料在可穿戴储能器件的应用十分重要。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多孔石墨烯-碳纳米管复合纤维及其快速制备方法，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种快速制备多孔石墨烯-碳纳米管复合纤维的方法，其包括：

提供石墨烯-碳纳米管复合纤维；

在所述石墨烯-碳纳米管复合纤维上选定的两个工位之间施加电压，使所述石墨烯-碳纳米管复合纤维在径向和/或长度方向上产生膨胀，形成内部具有三维孔状结构的石墨烯-碳纳米管复合纤维，其中该选定的两个工位沿长度方向分布在所述石墨烯-碳纳米管复合纤维上的不同位置处。

在一些实施方案中，所述方法包括：将氧化石墨烯及碳纳米管分散于水中并均匀混合形成氧化石墨烯/碳纳米管水性分散液，再将所述氧化石墨烯/碳纳米管水性分散液注入凝固浴成型，之后经化学还原处理，获得石墨烯复合碳纳米管纤维。

本发明实施例还提供了由所述方法制备的多孔石墨烯-碳纳米管复合纤维，其直径为30～3000μm，所含孔洞的孔径为10-100nm，比表面积为100～1000m²/g。

与现有技术相比，本发明提供的工艺高效便捷只需在石墨烯-碳纳米管复合纤维上快速加载电压，使之快速发热膨胀，即可瞬间在纤维内部形成三维孔状结构，获得具有高比表面积的多孔石墨烯-碳纳米管复合纤维，而无需采用诸如超临界干燥、冷冻干燥、水热反应等漫长、复杂的处理工序，因此还可大幅降低成本。

附图说明

图1a为本发明一典型实施案例中的快速制备多孔石墨烯-碳纳米管复合纤维的方法制得的多孔石墨烯-碳纳米管复合纤维膨胀前的光学形貌图；