[发明专利]具有仿贝壳结构的石墨烯基复合导电导热纤维材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种具有仿贝壳结构的石墨烯基复合导电导热纤维材料的制备方法，包括以下步骤：(1)：取氧化石墨烯溶液、纤维素纳米晶溶液和碳量子点溶液，混合，搅拌，浓缩，配成纺丝原液；(2)：将步骤(1)中的纺丝原液置于有机溶剂中进行湿法纺丝，得到石墨烯基复合纤维材料；(3)：将步骤(2)所得石墨烯复合纤维材料在高温下退火还原，即得到目的产物。与现有技术相比，本发明利用自组装的方法将纤维素纳米晶和碳量子点嵌入石墨烯层间，构筑了石墨烯层状仿贝壳结构，从而提高石墨烯基复合纤维或织物的导电导热性能。

技术领域

本发明属于复合纤维材料技术领域，涉及一种具有仿贝壳结构的石墨烯基复合导电导热纤维材料的制备方法。

背景技术

柔性电子设备是指在一定范围形变条件下仍可正常工作的电子设备。基于纤维结构的器件是柔性电子设备的重要组成部分。相比其他材料，碳材料具有导电导热系数高、密度轻、热膨胀系数低等诸多优点，可替代传统材料，满足可穿戴柔性电子器件集功能化、微型化和轻薄化与一体的要求。

在诸多碳材料中，石墨烯因其特殊的结构和出色的性能受到广泛关注。石墨烯是一种sp2杂化碳原子形成的单层二维平面碳材料，具有超高载流子迁移率、高强度、高比表面积等诸多优良性能。实验测得的单层石墨烯导热系数可达5300W/mK，远高于其他常用导热材料。以石墨烯为原料制备纤维或织物材料，有望大幅度提升柔性电子设备的导电导热性能。目前已有一些专利报道了石墨烯纤维或织物的制备方法，如中国专利CN107151835A，CN106192201A，CN108707998A等。但这些专利只注重对石墨烯纤维或织物强度的提升，对其导电导热性能方面很少涉及。

除此之外，上述专利只涉及纯石墨烯纤维或织物的制备。而在纯石墨烯纤维中，石墨烯片层间存在大量间隙，会成为电子和声子传导的散射位点，从而影响石墨烯纤维或织物材料导电导热性能的提升。因此，为实现自支撑石墨烯膜在电热领域的应用，有必要引入新的碳纳米增强相对石墨烯纤维或织物的导电导热性能实现进一步提升。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有仿贝壳结构的石墨烯基复合导电导热纤维材料的制备方法，利用自组装的方法将纤维素纳米晶和碳量子点嵌入石墨烯层间，构筑了石墨烯层状仿贝壳结构，从而提高石墨烯基复合纤维或织物的导电导热性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具有仿贝壳结构的石墨烯基复合导电导热纤维材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)：取氧化石墨烯溶液、纤维素纳米晶溶液和碳量子点溶液，混合，搅拌，浓缩，配成纺丝原液；

(2)：将步骤(1)中的纺丝原液置于有机溶剂中进行湿法纺丝，得到石墨烯基复合纤维材料；

(3)：将步骤(2)所得石墨烯复合纤维材料在高温下退火还原，即得到目的产物。

进一步的，步骤(1)中，氧化石墨烯溶液通过以膨胀石墨为原料并利用Hummers法制备而成。

进一步的，步骤(1)中，纤维素纳米晶溶液通过利用酸水解方法从植物原料中提取得到。更进一步的，酸水解方法中所用的酸为硫酸，其步骤具体为：

取植物原料加入质量比1:1的浓硫酸和去离子水的混合溶液中，加热水解，再加去离子水稀释，静置，离心，透析，超声，即得到CNC溶液。优选的，植物原料可以为棉、麻、甘蔗渣、木屑等。

进一步的，步骤(1)中，碳量子点溶液通过利水热法化学合成，其步骤具体为：

取柠檬酸和乙二醇以1:1质量比混合溶于水中，再在150～200℃下水热处理0.5～2h。

进一步的，步骤(1)中，氧化石墨烯溶液、纤维素纳米晶溶液、碳量子点溶液以三者的溶质质量比为1:(0.01～100):(0.01～1)添加。