[发明专利]一种湿法纺丝制备的石墨烯纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种湿法纺丝制备的石墨烯纤维及其制备方法，包括：(1)通过化学官能化后形成分散性高的氧化石墨烯纺丝溶液；(2)将形成的氧化石墨烯溶质液晶溶液放入到单轴旋转纺丝管中；(3)将纺丝管中的喷嘴中挤出到单轴流的混凝浴中；(4)通过溶剂交换混凝进行相变；(5)蒸发溶剂固化得到氧化石墨烯纤维；(6)通过化学或热还原得到石墨烯纤维。本发明中可以得到一种高性能的湿法纺丝石墨烯纤维，制备工艺简单，绿色环保，操作方便，制备工时少，且所获石墨烯纤维结构均匀，有优良韧性及导电性能，可编织成各种功能性织物。

技术领域

本发明专利涉及石墨烯纤维制造领域，具体涉及一种湿法纺丝制备的石墨烯纤维及其制备方法。

背景技术

石墨烯是碳原子通过sp²杂化形式形成的二维结构，其具有非常高的比表面积，良好的导电、导热性能，并且具有极高的机械强度，已经成为21世纪材料领域的研究热点。目前，石墨烯的宏观组装体主要有粉末、纤维、薄膜、气凝胶等，而纤维作为一种材料应用形式，广泛应用于日常生活、交通运输、工业生产等领域。因此，将石墨烯加工成宏观的纤维具有很高的应用价值。

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。石墨烯纤维具有高的电导率和良好的柔韧性。石墨烯纤维材料有其性质特殊性，石墨烯纤维的制备和应用得到广泛的研究。早前，通过将分散性很好氧化石墨烯和水溶性的脱氧胆酸钠混合均匀得到氧化石墨烯/脱氧胆酸钠凝胶，注入微管中通过对辊的方法得到石墨烯纤维带(Huang G.，Hou C.，et al.Scientific Reports，2013，3，4248)；通过调整氧化石墨烯/脱氧胆酸钠凝胶中氧化石墨烯的含量，制备了多孔的石墨烯纤维，并在多孔纤维中浸入固态电解质得到全固态的纤维状超级电容器(Huang G.，Hou C.，et al.NanoEnergy，2015，12，26)。北京理工大学的曲良体教授通过对制备的石墨烯纤维进行原位的螺旋，得到随湿度变化可以转动的石墨烯纤维(Cheng H.，Liu J.，et al.AngewandteChemie-International Edition，2013，52，10482.)等。

目前，石墨烯纤维的制备方法有很多，然而，这些方法大多得到的石墨烯纤维强度低，结构不均匀，容易断裂，难以满足现实使用的要求，因此就如何生产出具有高性能的石墨烯纤维是目前急需解决的一个问题。

专利号为CN106702535A的中国专利申请了公开了一种石墨烯纤维及其制备方法。该制备方法包括：(1)将一定浓度的氧化石墨烯纺丝液放入纺丝装置中，再将纺丝液从纺丝头上的纺丝喷口中均匀挤入凝固浴中，在挤出的同时旋转纺丝头，实现多股氧化石墨烯纤维的制备及加捻；(2)将加捻后的多股氧化石墨烯纤维还原，得到加捻的多股石墨烯纤维。该发明可通过调节纺丝液组分、纺丝喷口数量、纺丝喷口大小和旋转速度等来制备单一组分或者多种组分构成的石墨烯纤维，并实现对其组分、股数、直径、捻度的调控。

专利号为CN108219139A的中国专利申请了一种官能化石墨烯，该官能化石墨烯是指表面接枝一个或多个活性分子的石墨烯，该活性分子包括多个端基官能团，该多个端基官能团包括至少两个活性官能团。由于该活性官能团能够和有机硅油中的分子发生化学反应，因此该官能化石墨烯能够比较均匀的溶于该有机硅油，进而使得利用该官能化石墨烯制备的聚有机硅氧烷具有良好的导热性能。另外，该申请还提供了该官能化石墨烯的制备方法和相应的聚有机硅氧烷。

专利号为CN108277556A的中国专利申请了一种干法纺丝制备的超高柔性石墨烯纤维及其制备方法，所述石墨烯纤维使用氧化石墨烯溶液，通过干法纺丝的方式制备氧化石墨烯纤维，然后还原氧化石墨烯纤维即得所述石墨烯纤维。本发明突破组成纤维的材料必须是长链状大分子高聚物的思路约束，首次把纳米二维片层的氧化石墨烯，利用干法纺丝，成功实现了连续制备具有优异柔韧性能的氧化石墨烯纤维，且通过还原法成功制备了具有优异柔韧性能的石墨烯纤维。