[发明专利]石墨烯复合纳米线、其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯复合纳米线、其制备方法与应用。

背景技术

柔性电子技术是近年来发展起来的一个崭新的领域。2013年8月份，柔性电子技术被外媒评选为2013年全球十大科技进展之一。10月，三星、LG公司先后宣布成功量产柔性显示屏和弯曲电池进入量产阶段，并分别推出了曲面智能手机Galaxy Round和G Flex。使得柔性电子产品真正进入了我们的生活。伴随着柔性电子产品市场的兴起，传统的储能器件由于体积大、不能弯曲等原因，已经不能满足柔性电子产品对高柔性和可加工性的要求。因此，研究与开发新型的柔性储能器件是一项刻不容缓的任务。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种石墨烯复合纳米线、其制备方法与应用，该方法制备的石墨烯复合纳米线的柔韧性较好。

本发明提供了一种石墨烯复合纳米线，由电纺溶液经静电纺丝后，在还原气氛中煅烧得到；所述电纺溶液包括氧化石墨烯与聚丙烯腈。

优选的，所述氧化石墨烯与聚丙烯腈的质量比为(0.05～0.2)：(5～8)。

优选的，所述电纺溶液还包括过渡金属氧化物；所述过渡金属氧化物与氧化石墨烯的质量比为(0.1～200)：1。

优选的，所述过渡金属氧化物为MnO和/或SnO₂。

优选的，所述石墨烯复合纳米线的直径为100～500nm。

本发明还提供了一种石墨烯复合纳米线的制备方法，包括以下步骤：

S1)将氧化石墨烯、聚丙烯腈在醇溶剂中混合，得到电纺溶液；

S2)将电纺溶液通过静电纺丝，得到氧化石墨烯复合纳米线；

S3)将所述氧化石墨烯复合纳米线在还原气氛中煅烧，得到石墨烯复合纳米线。

优选的，所述步骤S1)中还加入过渡金属氧化物；所述过渡金属氧化物按照以下步骤制备：

A1)将过渡金属盐与高分子化合物在有机溶剂中混合，经静电纺丝得到纳米线；

A2)将所述纳米线在空气中预氧化，得到预氧化的纳米线；

A3)将所述预氧化的纳米线在还原气氛中煅烧，得到过渡金属氧化物。

优选的，所述预氧化的温度为200℃～600℃；所述预氧化的升温速率为0.5～10℃/min；所述预氧化的时间为0.5～2h；

所述步骤A3)中煅烧的温度为400℃～900℃；步骤A3)中煅烧的时间为0.5～2h；步骤A3)中煅烧的升温速率为1～20℃/min；

所述步骤S3)中煅烧的温度为500℃～900℃；步骤S3)中煅烧的时间为0.5～2h；步骤S3)中煅烧的升温速率为1～30℃/min。

优选的，所述静电纺丝的电纺装置的注射器容积为5～20ml，注射器针头的型号为16～22G，并且使用高压直流电源，其中连接注射器针头的正压为13～25kV，连接电纺装置的接收板的负压为-5～-1kV。

本发明还提供了一种上述石墨烯复合纳米线在储能材料中的应用。

本发明提供了一种石墨烯复合纳米线、其制备方法与应用，该石墨烯复合纳米线由电纺溶液经静电纺丝后，在还原气氛中煅烧得到；所述电纺溶液包括氧化石墨烯与聚丙烯腈。与现有技术相比，本发明提供的石墨烯复合纳米线具有良好的导电性能、机械性能与储能性能，同时由于聚丙烯腈与石墨烯相复合使石墨烯复合纳米线具有良好的柔韧性，可弯折180°，因此可应用于柔性电池等柔性器件中。

附图说明

图1为本发明实施例1中得到MnO/石墨烯复合纳米线的扫描电镜照片；

图2为本发明实施例1中得到MnO/石墨烯复合纳米线的XRD图谱；

图3为本发明实施例1中得到MnO/石墨烯复合纳米线弯折前与弯折后的照片；

图4为本发明实施例1中得到MnO/石墨烯复合纳米线的循环性能测试结果图；

图5为本发明实施例1中得到MnO/石墨烯复合纳米线的倍率性能测试结果图；

图6为本发明实施例2中得到MnO/石墨烯复合纳米线的扫描电镜照片；

图7为本发明实施例2中得到MnO/石墨烯复合纳米线的XRD图谱；

图8为本发明实施例2中得到MnO/石墨烯复合纳米线弯折前与弯折后的照片；

图9为本发明实施例2中得到石墨烯复合纳米线的扫描电镜照片；

图10为本发明实施例3中得到MnO/石墨烯复合纳米线弯折前与弯折后的照片。

具体实施方式