[发明专利]一种新型聚多巴胺基包覆的石墨烯纤维及其制备方法

权利要求书

1.一种新型的高机械强度、高导电性的聚多巴胺基包覆的石墨烯纤维，所述纤维包括：

石墨烯；以及

包覆所述石墨烯的聚多巴胺衍生碳包覆层。

2.根据权利要求1所述的石墨烯纤维，其中

所述聚多巴胺基包覆的石墨烯纤维具有10-1000mm的长度，并且具有10-300μm的厚度或直径。

3.根据权利要求1所述的石墨烯纤维，其中

所述石墨烯纤维呈现类洋葱结构，二维层状聚多巴胺基包覆的石墨烯纳米片沿轴向排列、紧密堆积、石墨烯片呈褶皱状，相邻聚多巴胺基包覆的石墨烯纳米片间有部分“交联”、搭接。

4.根据权利要求1所述的石墨烯纤维，其中

所述聚多巴胺衍生碳包覆石墨烯纤维具有660-780MPa的拉伸强度、5-14MJ m^-3的韧性，并且具有570-663S m^-1的电导性。

5.一种制备权利要求1-4中任一项所述的高机械强度、高导电性的聚多巴胺基包覆的石墨烯纤维的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：在缓冲剂的存在下，在弱碱性的条件下，通过直接在氧化石墨烯表面原位引入聚多巴胺衍生碳包覆层，以制备出作为组装单元的聚多巴胺包覆氧化石墨烯；

步骤S2：将所述聚多巴胺衍生碳包覆氧化石墨烯组装单元进行一维限域自组装，获得未退火聚多巴胺包覆石墨烯纤维；以及

步骤S3：将所获得的聚多巴胺包覆石墨烯纤维在两端固定的情况下，进行退火处理。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其中所述方法包括以下操作步骤：

所述步骤S1：向浓度为0.5-2mg/ml的氧化石墨烯溶液中，加入1-3mg/ml缓冲剂，搅拌至完全溶解，用0.02-0.5mol/L的稀盐酸调节溶液PH为8-9，添加0.5-3mg/ml多巴胺盐酸盐单体，继续敞口反应3-24h，离心水洗至上层澄清，然后再离心浓缩至浓度达到5mg/ml以上，便获得了作为组装单元的聚多巴胺包覆氧化石墨烯的浓溶液；

所述步骤S2：将步骤S1中获取的适当浓度聚多巴胺包覆氧化石墨烯浓溶液注入到内径0.2-30mm的玻璃毛细管中，两端热封口，并将其放入120-240℃的烘箱中反应8-36h后，然后自然冷却至室温，然后用针管将其从玻璃管内吹出便得到了湿的聚多巴胺包覆石墨烯纤维，将纤维两端固定晾干，便得到了未退火的聚多巴胺包覆石墨烯纤维；

所述步骤S3：将步骤S2获取的聚多巴胺包覆石墨烯纤维两端固定，并在惰性气氛下，200-1500℃退火处理1.5-6h，便获得了高机械强度高导电性的聚多巴胺基石墨烯纤维。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中的所述适当浓度聚多巴胺包覆氧化石墨烯浓溶液的浓度为6-8mg/ml。

8.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述缓冲剂是三羟甲基氨基甲烷与盐酸的混合物，或者是硼酸、氯化钾与氢氧化钠的混合物。

9.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，步骤S3中所述两端固定包括：将所述聚多巴胺包覆石墨烯纤维两端固定在定制的中空框架的模具中，通过耐高温铁氟龙胶带初步固定两端，然后进一步用重的板状物压牢固定。

10.根据权利要求5或6所述的制备方法，其中所述组装单元堆积、沿轴向排列，且所述组装单元呈现典型的水热处理组装特征。