[发明专利]一种基于石墨烯与高分子纤维的多功能复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种基于石墨烯与高分子纤维的多功能复合材料，其特征在于：该复合材料是由石墨烯、高分子无纺布纤维织物和杂原子前驱体组成的三维纤维导电网络产品，所述三维纤维导电网络产品是以高分子无纺布纤维织物为骨架的表面富极性的核壳结构，核壳结构的纤维构成三维网络，其中三维连通的纤维核源自纤维织物的高温碳化，杂原子官能化的多孔碳石墨烯复合纤维壳源自石墨烯和前驱体有机物的高温处理；所得三维纤维导电网络产品的厚度为200-800 μm，面密度为5-9 mg cm^-2，导电率为200-300 S cm^-1，比表面积为480-500 m² g^-1。

2.根据权利要求1所述的基于石墨烯与高分子纤维的多功能复合材料，其特征在于：所述核壳结构中的纤维核质量占比65-80 %，直径为3-12 μm；纤维壳质量占比20-35 %，厚度为0.5-1.6 μm。

3.根据权利要求1所述的基于石墨烯与高分子纤维的多功能复合材料，其特征在于：所述的无纺布纤维织物为具有纤维素结构的高长径比纤维，长径比为80-200，织物为天然纤维或合成纤维，其纤维直径为8-20 μm，厚度为0.5-1cm。

4.根据权利要求3所述的基于石墨烯与高分子纤维的多功能复合材料，其特征在于：所述天然纤维选自竹纤维布、棉纤维布、毛纤维布、丝纤维布、细菌纤维素中的一种；合成纤维包括表面含氧官能团的纤维织物、含氮官能团的纤维织物或含氟官能团的纤维织物。

5.根据权利要求1所述的基于石墨烯与高分子纤维的多功能复合材料，其特征在于：所述前驱体有机物为含氮有机物、含硫有机物、含磷有机物、Zn/Co-ZIF沸石咪唑骨架分子、Co/Ni-MOFs金属有机骨架分子中的一种；所述前驱体有机物溶液的质量分数为10-50 %。

6.根据权利要求5所述的基于石墨烯与高分子纤维的多功能复合材料，其特征在于：所述含氮有机物为尿素、吡咯、苯二胺、多巴胺、聚乙烯吡咯烷酮中的任一种；所述含硫有机物为硫脲、三聚硫氰酸中的任一种；所述含磷有机物为植酸、三磷酸腺苷、磷酸肌酸、二磷酸果糖中的任一种。

7.一种权利要求1～6任一项所述的基于石墨烯与高分子纤维的多功能复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将无纺布纤维织物裁剪，清洗干净后烘干；

（2）将石墨烯浆料与前驱体有机物溶液按体积比1:1-1:5混合均匀；所述石墨烯浆料的浓度为1-5 mg·mL^-1；前驱体有机物溶液的质量分数为10-50 %；

（3）将步骤（1）洗净的纤维织物在步骤（2）所得混合液中浸渍 30 min，充分吸收进行自组装；

（4）干燥后高温热处理，干燥条件为60-80℃，12-20 h；热处理条件为惰性气氛下，800-900 ℃，1-2 h。

8.根据权利要求7所述的基于石墨烯与高分子纤维的多功能复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中的裁剪，步骤（3）的纤维织物的浸渍和步骤（4）中的干燥，在实现放大生产时，定制大卷原料以滚筒方式浸渍、经烘干室处理来实现连续处理。