[发明专利]一种氧化石墨烯/聚丙烯酸钠的拉伸流体及其在制备石墨烯中的应用

说明书

本发明公开了一种氧化石墨烯/聚丙烯酸钠的拉伸流体,所述拉伸流体通过以下方法制备得到：配制浓度为0.1wt％以上的聚丙烯酸钠水溶液和浓度为0.1wt％以上的氧化石墨烯水溶液，将上述聚丙烯酸钠水溶液与氧化石墨烯水溶液按质量比1:3以上混合均匀，得到氧化石墨烯/聚丙烯酸钠拉伸流体。本发明公开了一种向氧化石墨烯水溶液中加入少量聚丙烯酸钠溶液，使其具有超高拉伸性质的方法，过程简单，环保，高效，是一种改善氧化石墨烯溶液加工性能的新方法，该拉伸流体能够应用于石墨烯的制备领域。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体地涉及一种氧化石墨烯/聚丙烯酸钠的拉伸流体及其在制备石墨烯中的应用。

技术背景

2004年，英国曼彻斯特大学A.K.Geim教授课题组运用机械剥离法成功制备石墨烯，并将其悬挂于微型金架上，推翻了完美二维晶体结构无法在非绝对零度下稳定存在的这一论断。换言之，自由态的石墨烯在室温下可以稳定存在；而在相同条件下，其他任何己知材料都会被氧化或分解，甚至在相当于其单层厚度10倍时就变得不稳定。从结构上说，石墨烯(Graphene)是紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的sp2杂化单层碳原子晶体，层内碳原子以共价键形式连接，具有超高的强度(120GPa)，因此以石墨烯作为源头材料构建特定结构的碳基材料，从而实现碳质功能材料纳米结构的设计和可控以及宏量地制备已经逐渐引起全球科学家的关注。

氧化石墨烯纤维具有高强度、高模量、高导电、高导热以及多功能化等特征，引起了国内外学者广泛关注。石墨烯是一种典型的二维高分子，分散体系中由于片层之间距离较大，并且没有类似于线性高分子的链缠结，从而主要表现出粘性，凝胶纤维可拉伸性极差，在承受应力的时候极易发生断裂，所以纺丝速度极慢，一般只能进行湿纺纺丝，其速度不超过为5米/分钟。石墨烯纤维由于其极好的力学性能、导热率和导电性能，自其连续湿纺工艺被报道以来受到了广泛的研究和关注，但是由于其纺丝速度的限制，始终无法实现其大规模应用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种氧化石墨烯/聚丙烯酸钠的拉伸流体及其在制备石墨烯中的应用。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种氧化石墨烯/聚丙烯酸钠的拉伸流体，所述拉伸流体通过以下方法制备得到：配制浓度为0.2wt％以上的聚丙烯酸钠水溶液和浓度为0.2wt％以上的氧化石墨烯水溶液，将上述氧化石墨烯水溶液与聚丙烯酸钠水溶液按质量比3倍以上混合均匀，得到氧化石墨烯/聚丙烯酸钠拉伸流体。其中，聚丙烯酸钠重均分子量为3000万。

本发明还提供了一种拉伸流体在制备石墨烯中的应用。

进一步地，以氧化石墨烯/聚丙烯酸钠的拉伸流体为前驱体进行气流辅助纺丝，并通过直接干燥,获得氧化石墨烯/聚丙烯酸钠无纺布。

进一步地，以氧化石墨烯/聚丙烯酸钠的拉伸流体为前驱体进行气流辅助纺丝，利用凝固浴收集氧化石墨烯/聚丙烯酸钠复合纤维。

进一步地，所述凝固浴选自氧化石墨烯和聚丙烯酸钠的不良溶剂。

进一步地，所述凝固浴优选为乙醇、异丙醇、乙酸乙酯及其水溶液。

进一步地，还包括将收集的氧化石墨烯/聚丙烯酸钠复合纤维进行过滤，制成无纺布的步骤。

进一步地，所述气流辅助纺丝的成纤线速度为350米/分钟。

进一步地，还包括将氧化石墨烯/聚丙烯酸钠复合纤维或无纺布在氢碘酸和乙酸的混合溶液中还原12小时，还原温度为95℃，并用3vt％的氨水清洗所述复合纤维，再在3000℃下热处理1h的步骤。其中，氢碘酸与乙酸按体积比1:1混合。