[发明专利]一种自融合石墨烯纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自融合石墨烯纤维及其制备方法。将干燥的氧化石墨烯纤维浸入溶剂中，溶胀后提出搭接在一起，待其干燥后氧化石墨烯纤维实现了相互融合粘结，进一步还原即可得到自融合石墨烯纤维。自融合的整个过程可在1分钟之内快速完成，不须添加额外的粘结剂，操作简单、省时、环保，粘结强度高，能保持石墨烯纤维本身优异的机械强度、电导率等性能，对进一步制备出具有优异性能的石墨烯纤维二维织物或三维网络块体材料有极大的研究及应用价值。

技术领域

本发明涉及石墨烯纤维，尤其涉及一种自融合石墨烯纤维及其制备方法。

背景技术

石墨烯是一类具有单原子层厚度的碳的同素异形体，具有低密度、极高的力学强度、热导率和电导率，自2004年Geim等人报道以来(Science,2004,306:666-669)引起了广泛关注。石墨烯纤维是由石墨烯片层集成的一维宏观组装体，由于石墨烯本身的优异性能而具有质轻、高的热导率和电导率等性能。目前得到较粗石墨烯纤维的方法一般是利用大直径的纺丝头进行纺丝(Accounts of chemical research,2014,47(4):1267-1276)或将较细的石墨烯纤维集成为丝束(Acta Astronautica,2013,82(2):221-224)。大直径的纺丝头纺丝时由于工艺的缺陷，往往导致石墨烯纤维内外结构差异较大，不易得到具有优良性能的石墨烯纤维。较细的石墨烯纤维集成为丝束时，由于丝束中纤维之间的相互作用较弱，石墨烯纤维本身的优异性在丝束中无法充分体现。

本发明利用墨烯纤维在溶剂中的溶胀作用实现纤维间的快速融合粘结，得到直径增大的自融合石墨烯纤维。相比于融合前的石墨烯纤维，自融合后的石墨烯纤维直径较大，能保持融合前石墨烯纤维本身优异的导电性等功能性。由于制备过程中多根石墨烯纤维并排搭接、融合，因此自融合后的石墨烯纤维表面具有轴向沟槽，导致大的比表面积，有利于对纤维进一步功能化改性，提高改性剂的负载量。且此自融合方法不须添加额外的粘结剂，操作简单、省时、环保，粘结强度高。

发明内容

现有的较粗的石墨烯基纤维制备方法一般是利用大直径的纺丝头进行纺丝或将较细的石墨烯纤维集成为丝束。大直径的纺丝头纺丝时往往导致石墨烯纤维内外结构差异较大，不易得到具有优良性能的石墨烯纤维。较细的石墨烯纤维集成为丝束时，由于丝束中纤维间的相互作用较弱而使纤维本身的优异性无法充分体现。针对该问题，本发明提供一种具有较大直径的自融合石墨烯纤维及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种自融合石墨烯纤维，其特征在于，所述自融合石墨烯纤维直径≥1μm，由多根石墨烯纤维融合而成，石墨烯片沿轴向定向排列，片层间距≤1nm，密度≥0.8g/cm³。纤维表面具有轴向沟槽。

进一步地，所述自融合石墨烯纤维直径≥100μm。

进一步地，所述自融合石墨烯纤维直径≥1000μm。

一种自融合石墨烯纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯纤维真空干燥。

(2)将干燥后的纤维在溶剂中浸泡，使纤维被充分浸润溶胀。

(3)将2根或2根以上纤维同时从溶剂中提出，在溶剂-空气界面处，纤维由于受到溶剂的表面张力作用而自发融合。

(4)将自融合的石墨烯纤维干燥后，进行还原，得到高性能的自融合石墨烯纤维。