[发明专利]一种石墨烯中空纤维及其连续化制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯中空纤维及其连续化制备方法。所述的石墨烯中空纤维的连续化制备方法，其特征在于，包括：将铜丝连续地牵引出来并浸入氧化石墨烯电解液中，然后通过三电极系统在铜丝表面电化学镀石墨烯，接着连续地收集表面涂敷石墨烯的铜丝并成卷，随后浸入氯化铁水溶液中溶解铜丝，最后经过清洗和干燥得到石墨烯中空纤维。利用该方法制备的石墨烯中空纤维能够在中空直径和管壁厚度有较大范围的调整变化，为石墨烯中空纤维在过滤分离、能源、传感、制动等方面的应用建立扎实基础。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯中空纤维及其连续化制备方法，属于纤维技术领域。

背景技术

本发明纤维已经深入应用到国防军工和国民经济的广泛领域，比如航空航天、导弹装甲、医疗环保、家居装饰和穿戴服用。传统的天然纤维和化学纤维，如棉纤维、麻纤维、涤纶纤维、锦纶纤维、维纶纤维和丙纶纤维的优势主要在于力学性能和服用性能。但是随着科技的快速发展，特别是电子信息技术的急速更新，需要纤维具有更高的性能和更多的功能，例如更高的强度、优异的电磁性能、灵敏的响应性、良好的化学稳定性等。因此需要开发新型纤维。

石墨烯是一类二维纳米材料，具有碳原子单层结构，其厚度为0.34nm，具有优异的力学、电、磁、热、化学等性能，于2004年被发现并得到快速发展。以石墨烯为单元来构建的纤维具有优良的综合性能，能够满足更广泛领域的应用要求。到目前为止，石墨烯纤维的研究报道很多，但是石墨烯中空纤维的报道较少。中空纤维是一种差别化纤维，具有低密度、高孔隙率、透通性等特点，能够应用于过滤分离、能源、传感、制动等领域，是一类重要的纤维品种。现有报道如下：文献(Chuangang Hu，Yang Zhao，Huhu Cheng，Yanhong Wang，ZelinDong，Changcheng Jiang，Xiangquan Zhai，Lan Jiang and Liangti Qu，Nano Lett.2012，12，5879)把一段铜丝(＜10米)伸入含有氧化石墨烯溶液的玻璃管中，然后两端封闭，在230度下保温2.5小时，就获得覆盖石墨烯的铜丝，最后把铜丝溶解就获得石墨烯中空纤维。该方法无法实现连续化制备，并且需要高温以及耗时过长。另外文献(Yang Zhao，ChangchengJiang，Chuangang Hu，Zelin Dong，Jiangli Xue，Yuning Meng，Ning Zheng，Pengwan Chenand Liangti Qu，ACS Nano，2013，7，2406)利用湿法纺丝工艺和皮芯结构喷丝板首先制备氧化石墨烯中空纤维，然后还原得到石墨烯中空纤维。该方法实现了连续化制备，但是需要还原工序把氧化石墨烯还原成石墨烯。

因此，纵观现有的专利及文献报道，石墨烯中空纤维的制备方法非常有限，并且现有方法中没有一种能够实现无需还原的常温连续化制备。另外，现有方法制备的石墨烯中空纤维的中空直径及壁厚的调整范围较小。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何实现无需还原的常温连续化制备石墨烯中空纤维。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种石墨烯中空纤维的连续化制备方法，其特征在于，包括：将铜丝连续地牵引出来并浸入氧化石墨烯电解液中，然后通过三电极系统在铜丝表面电化学镀石墨烯，接着连续地收集表面涂敷石墨烯的铜丝并成卷，随后浸入氯化铁水溶液中溶解铜丝，最后经过清洗和干燥得到石墨烯中空纤维。

优选地，所述的铜丝的直径为2～3000μm。

优选地，所述含有氧化石墨烯的电解液中的电解质为高氯酸锂、盐酸和硫酸中的一种。

优选地，所述含有氧化石墨烯的电解液中电解质的质量百分比为0.01％-5％。

优选地，所述氧化石墨烯的电解液中氧化石墨烯的质量百分比为0.01％～2％。