[发明专利]无包覆层骨架的多层石墨烯自支撑管的制备方法

权利要求书

1.一种无包覆层骨架的多层石墨烯自支撑管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、取金属丝用稀硝酸浸泡去除表面杂质及钝化层后，置于无水乙醇中超声，然后烘干备用；

步骤二、将烘干的金属丝作为生长基底，放入化学气相沉积设备中在其表面生长沉积石墨烯，得到石墨烯/金属丝复合结构；

步骤三、将步骤二得到的石墨烯/金属丝复合结构作为静电纺丝的旋转接收装置，将混合有石墨烯的聚合物纺丝原液静电纺丝到旋转的石墨烯/金属丝复合结构上，形成聚合物包覆层，然后再次放入化学气相沉积设备中在聚合物包覆层表面沉积石墨烯，重复静电纺丝聚合物包覆层、石墨烯多次后形成具有石墨烯/聚合物包覆层重复结构的复合材料；

步骤四、将具有石墨烯/聚合物包覆层重复结构的复合材料放入刻蚀液中去除金属丝后，将其加入N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或甲苯中浸泡24h，然后用无水乙醇和去离子水对所得产物清洗后烘干，获得无包覆层骨架的多层石墨烯自支撑管。

2.如权利要求1所述的无包覆层骨架的多层石墨烯自支撑管的制备方法，其特征在于，所述金属丝为铜丝或镍丝，所述金属丝的直径为10nm～1cm，长度为10nm～1m。

3.如权利要求1所述的无包覆层骨架的多层石墨烯自支撑管的制备方法，其特征在于，所述稀硝酸浓度为0.001～1mol/L，金属丝在稀硝酸中浸泡时间为1s～60min，在无水乙醇中超声时长为1～60min；所述烘干采用在鼓风干燥箱中，干燥处理温度为40～200℃，处理时间为0.1～36h。

4.如权利要求1所述的无包覆层骨架的多层石墨烯自支撑管的制备方法，其特征在于，所述无包覆层骨架的多层石墨烯自支撑管的直径为10nm～1cm，长度为10nm～1m。

5.如权利要求1所述的无包覆层骨架的多层石墨烯自支撑管的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，在化学气相沉积设备中，金属丝表面生长石墨烯过程的反应气氛为氢气和惰性气体的混合气，在升温速度为5～30℃/min的前提下，加热至反应温度800～1500℃，恒温0～120min，导入碳源进行反应后，冷却至室温，获得石墨烯/金属丝复合结构；所述碳源为甲醇蒸汽、乙醇蒸汽、丙酮蒸汽、二甲苯蒸汽中的一种或多种的混合；所述碳源的流量为10～30sccm。

6.如权利要求1所述的无包覆层骨架的多层石墨烯自支撑管的制备方法，其特征在于，所述步骤四中，刻蚀液为硝酸、盐酸、高氯酸、高锰酸钾溶液、氯化铁溶液中的一种或几种的组合。

7.如权利要求1所述的无包覆层骨架的多层石墨烯自支撑管的制备方法，其特征在于，所述聚合物纺丝原液为聚乳酸溶液、聚丙烯酸甲酯溶液、聚乙烯吡咯烷酮溶液、聚丙烯酸丁酯溶液、聚苯乙烯溶液、聚酰亚胺溶液中的一种；所述聚合物纺丝原液的浓度为5～15wt％；所述石墨烯与聚合物纺丝原液的质量比为1：100～150；所述石墨烯与聚合物纺丝原液的混合过程为：将石墨烯与聚合物纺丝原液混合，然后加入分散剂1-乙基-3-甲基氯化咪唑，在搅拌速度为1000r/min条件下，将混合溶液加热到80℃，保持其反应24h，冷却至室温，得到混合有石墨烯的聚合物纺丝原液；所述分散剂1-乙基-3-甲基氯化咪唑与石墨烯的重量比为1:10～20；

所述静电纺丝方法为：将混合有石墨烯的聚合物纺丝原液注入带不锈钢喷头的喷射容器内，然后用高压电源将电压施加在不锈钢喷头上，并利用与喷射容器连接的推进泵将喷射容器内的聚合物纺丝原液通过不锈钢喷头喷射至旋转的石墨烯/金属丝复合结构接收装置上，所述静电纺丝的喷射条件为：环境温度为50～80℃、高压电源的输出电压为15～25kv、金属丝与不锈钢喷头之间距离为10～15cm、流速为10～15mL/h、接收装置的旋转速度为60～120r/min。

8.如权利要求1所述的无包覆层骨架的多层石墨烯自支撑管的制备方法，其特征在于，所述将混合有石墨烯的聚合物纺丝原液静电纺丝到旋转的石墨烯/金属丝复合结构上的同时，将石墨烯分散液超声雾化于旋转的石墨烯/金属丝复合结构上；所述石墨烯分散液包括以下重量份的原料：石墨烯10～15份、1-乙基-3-甲基咪唑乳酸1～3份、环己酮30～50份、N-环己基吡咯烷酮30～50份、丙二醇丁醚醋酸酯30～50份；所述石墨烯分散液超声雾化的功率为80W，频率为2.5MHz，雾化率为2～10mL/min，超声雾化的喷出口与接收装置的距离为5～15cm。