[发明专利]叠层复合纳米纤维的制备方法

说明书

一种叠层复合纳米纤维的制备方法，通过将氧化石墨烯溶液和高聚物溶液采用静电纺丝法交替进行，再通过高温热处理，得到具有叠层结构的复合纳米纤维。本发明制备的复合纳米纤维中石墨烯片层不易发生堆叠，保持了其本身比表面积大的优势；同时本发明制备的叠层纳米纤维具有形貌规整、结构可控，可有效增强复合纳米纤维的机械性能等优点，提升其在能源储存等领域的实际应用性。

技术领域

本发明涉及的是一种纳米材料领域的技术，具体是一种通过静电纺丝制备叠层结构纳米纤维的方法。

背景技术

石墨烯由于导电性好，电子迁移率高，比表面积大，力学强度高等优点，在光伏器件、能源储存、生物传感、复合材料等领域得到了广泛的应用。但由于范德华力的作用，石墨烯片层易发生重堆叠，因而在一定程度上限制了其二维结构优势的发挥。

现有技术主要通过优化结构设计来解决石墨烯片层堆叠这一问题，但这些技术往往步骤繁琐制备成本高且易造成石墨烯片层结构致密。

发明内容

本发明针对现有的技术不足，提出一种通过静电纺丝技术制备叠层结构复合纳米纤维的方法，制备的复合纳米纤维中石墨烯片层不易发生堆叠，保持了其本身比表面积大的优势；同时本发明制备的叠层纳米纤维具有形貌规整、结构可控，可有效增强复合纳米纤维的机械性能等优点，提升其在能源储存等领域的实际应用性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明通过分别配置高聚物溶液和前驱体溶液用于交替静电纺丝并得到复合纳米纤维膜，然后通过热处理得到具有叠层结构的复合碳纳米纤维。

所述的高聚物溶液，以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为有机溶剂，以聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷或聚乙烯醇为溶剂，通过磁力搅拌实现均匀分散。

所述的前驱体溶液，以DMF作为有机溶剂，以氧化石墨烯和聚甲基丙烯酸甲酯或和聚苯乙烯为溶剂，通过磁力搅拌实现均匀分散。

所述的前驱体溶液中，氧化石墨烯和聚甲基丙烯酸甲酯或和聚苯乙烯的质量比为1:10-1:100。

所述的静电纺丝是指：通过滚筒式接收器和纺丝针头，以静电方式进行纺丝。

所述的静电，采用5-30kV电压。

所述的纺丝针头与接收器间距为5-30cm，静电纺丝溶液注射速度为1-10mL/h，接收器转速为500-2000r/min。

所述的交替静电纺丝，采用但不限于：首先以高聚物溶液静电纺丝10-90min，然后将前驱体溶液静电纺丝10-90min，并重复交替3次。

所述的热处理，优选恒温鼓风干燥箱以1-5℃/min的升温速率升温至100-300℃，保温10-120min；再采用真空坩埚炉，通入惰性气体，以不高于2℃/min的升温速率升至300℃-1000℃，保温10-200min。

技术效果

与现有技术相比，本发明制备的复合纳米纤维中石墨烯片层不易发生堆叠，保持了其本身比表面积大的优势；本发明制备的叠层复合纳米纤维具有形貌规整、结构可控等优点，同时具有优异的机械性能和柔韧性，在柔性储能及传感等领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明制备的叠层纳米纤维的扫描电镜(SEM)图；

图2为对比例1中常规方法制备的纳米纤维的扫描电镜(SEM)图；

图3为实施例1和对比例1的应力-应变曲线图；

图4为实施例1和对比例1的恒流充放电曲线图。

具体实施方式

实施例1