[发明专利]一种石墨烯/聚氨酯复合可拉伸导电纤维及其制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯/聚氨酯复合可拉伸导电纤维及其制备方法。所述的石墨烯/聚氨酯复合可拉伸导电纤维，其特征在于，包括聚氨酯纤维，所述的聚氨酯纤维具有孔洞，石墨烯掺杂在聚氨酯纤维的孔洞中，形成具有可拉伸性能的复合导电纤维。本发明的方法，可用于大规模制备石墨烯/聚氨酯复合可拉伸导电纤维，本发明所制备的石墨烯/聚氨酯复合可拉伸导电纤维具有良好的拉伸性能，在柔性电子元件，传感器件等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于石墨烯复合纤维及其制备领域，特别涉及一种石墨烯/聚氨酯复合可拉伸导电纤维的制备方法。

背景技术

石墨烯是由sp²杂化碳原子组成的，呈现出正六边形周期蜂窝点阵结构，具有极薄的厚度。石墨烯作为一种典型的二维碳纳米材料，具有机械强度高、导电导热系数高、比表面积大等优点。因此，在电子、导电纳米复合材料、薄膜、电磁屏蔽和传感器等领域有着广泛的应用。

石墨烯纤维是由二维的石墨烯组装而成的宏观一维碳材料，具有很好的电学性能和力学性能，并具有高的电导率和良好的柔韧性，这使石墨烯纤维的制备和应用得到广泛的研究。

目前，石墨烯纤维的主要制备方法为湿纺纺丝，制备出的石墨烯纤维具有良好的导电性等，然而得到的石墨烯纤维往往不能发生拉伸等形变，难以满足实际应用的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种石墨烯/聚氨酯复合可拉伸导电纤维的制备方法，以聚氨酯为载体，石墨烯掺杂在聚氨酯纤维孔洞中，形成具有可拉伸性能的复合导电纤维。本发明的方法可用于大规模制备石墨烯/聚氨酯复合可拉伸导电纤维，所得到的石墨烯/聚氨酯复合可拉伸导电纤维在柔性电子元件，传感器件等领域具有广阔的应用前景。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种石墨烯/聚氨酯复合可拉伸导电纤维，其特征在于，包括聚氨酯纤维，所述的聚氨酯纤维具有孔洞，石墨烯掺杂在聚氨酯纤维的孔洞中，形成具有可拉伸性能的复合导电纤维。

本发明还提供了上述的石墨烯/聚氨酯复合可拉伸导电纤维的制备方法，其特征在于，包括：

步骤1：将氧化石墨超声剥离分散在强极性有机溶剂中，得到氧化石墨烯分散液，加入聚氨酯到分散液中并搅拌得到溶胶纺丝液；

步骤2：将得到的溶胶纺丝液用注射器挤入到水凝固浴中，取出，干燥，得到氧化石墨烯/聚氨酯复合可拉伸纤维；

步骤3：将得到的氧化石墨烯/聚氨酯复合可拉伸纤维用弱还原性的水溶液还原，并清洗，干燥，得到石墨烯/聚氨酯复合可拉伸导电纤维。

优选地，所述的强极性有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或环己酮。

优选地，所述的氧化石墨烯分散液的浓度为2～10mg mL^-1，超声时间为12～72h，超声仪的射频功率为240～384W。

优选地，所述的溶胶纺丝液中聚氨酯的质量浓度范围为15％～35％，磁力搅拌时间为24～48h。

优选地，所述的步骤2中溶胶状的纺丝原液的挤出速度为5～15mL h^-1。

优选地，所述的弱还原性的水溶液为浓度为40～60mg mL-¹的氨水和浓度为10～50mg mL^-1的抗坏血酸的混合水溶液，混合质量比为4∶1～6∶1

优选地，所述的步骤3中的烘箱温度为60～90℃，还原时间为12～48h。

优选地，所述的步骤3中的清洗为用乙醇和去离子水清洗。

本发明利用湿法纺丝得到氧化石墨烯/聚氨酯复合可拉伸纤维，再用氨水和抗坏血酸混合水溶液还原得到石墨烯/聚氨酯复合可拉伸导电纤维。该方法易操作，成本低，具有广泛的应用前景。