[发明专利]一种中空石墨烯纤维及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种中空石墨烯纤维的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)制备含有至少两个圆形孔洞的基板；

(2)使毛细管A穿过步骤(1)所述圆形孔洞，使圆形孔洞的所有边界固定到毛细管A外壁，且使基板垂直于毛细管A，得到基板与毛细管A的组装体；所述毛细管A的数量与所述孔洞的数量相同；

(3)将步骤(2)中得到的基板与毛细管A的组装体插入到毛细管B中，使基板外周的所有边界固定到毛细管B内壁，且使基板垂直于毛细管B，得到纺丝喷头；

(4)将步骤(3)所述纺丝喷头的其中一端设为S端，另一端设为N端；将进样管A分别与所述S端的毛细管A的端口连接，所述进样管A的数量与所述毛细管A的数量相同；在所述毛细管B的管壁上开孔，所述孔位于毛细管B管壁上距离所述N端最近的基板的连接处与所述N端的毛细管B的端口之间的部分；将进样管B与所述孔连接，得到纺丝器件；

(5)将步骤(4)所述的纺丝器件置于外部凝固浴中；然后先将氧化石墨烯纺丝原液由步骤(4)所述进样管B通向纺丝喷头的N端，后将内部凝固浴由步骤(4)所述进样管A通向纺丝喷头的N端，制得中空氧化石墨烯纤维；将该中空氧化石墨烯纤维进行还原，即得到中空石墨烯纤维。

2.如权利要求1所述的中空石墨烯纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述基板为硅片、玻璃或陶瓷；步骤(1)所述基板上的圆形孔洞通过光刻制得；步骤(1)所述基板的厚度为10μm-500μm；步骤(1)所述基板的直径为500μm-2000μm，步骤(1)所述圆形孔洞的直径为100μm-1000μm，且所述圆形孔洞的直径小于所述基板的直径；步骤(2)所述的毛细管A的外圈圆的直径与步骤(1)所述圆形孔洞的直径相同。

3.如权利要求1所述的中空石墨烯纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述毛细管B在所述N端的端口直径等于在所述S端的端口直径；或者步骤(3)所述毛细管B的直径渐变，使所述毛细管B在所述N端的端口直径小于在所述S端的端口直径。

4.如权利要求3所述的中空石墨烯纤维的制备方法，其特征在于，所述N端的毛细管B的端口直径为300μm-2000μm。

5.如权利要求1所述的中空石墨烯纤维的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述氧化石墨烯纺丝原液的浓度为8mg/ml-20mg/ml；步骤(5)所述氧化石墨烯纺丝原液中的氧化石墨烯的层数为1层-30层；步骤(5)所述氧化石墨烯纺丝原液中的氧化石墨烯的片层厚度为50nm-40μm；步骤(5)所述进样管B的流体速度为10μl/min-500μl/min；步骤(5)所述进样管A的流体速度为1μl/min-50μl/min。

6.如权利要求1所述的中空石墨烯纤维的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述孔与距离所述N端最近的基板的连接处的距离小于与所述N端的毛细管B的端口的距离。

7.如权利要求1所述的中空石墨烯纤维的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述外部凝固浴和内部凝固浴均为盐溶液、酸溶液或酯类有机物。

8.如权利要求7所述的中空石墨烯纤维的制备方法，其特征在于，所述酯类有机物为乙酸乙酯；所述外部凝固浴的质量浓度为0.1％-10％；所述内部凝固浴的质量浓度为0.01％-1％。

9.如权利要求1所述的中空石墨烯纤维的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述还原为还原剂还原或热还原。

10.如权利要求9所述的中空石墨烯纤维的 制备方法，其特征在于，所述还原剂为质量浓度为5％-45％的氢碘酸溶液、0.1M-1M的维生素C溶液、水合肼或硼氢化钠溶液；所述热还原为在100℃-3000℃条件下还原。

11.如权利要求1-10任一所述方法制备得到的中空石墨烯纤维。

12.权利要求11所述的中空石墨烯纤维在储能、导电材料、组织工程、纺织或生物传感方面的应用。