[发明专利]一种石墨烯基杂化多层结构纤维材料及其制备和应用

权利要求书

1.一种石墨烯基杂化多层结构纤维材料制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

a、通过湿法纺丝技术，将氧化石墨烯的水分散液注入到溶质质量分数5%的过渡金属盐的凝固浴中以制备GO纤维，纤维的尺寸可通过选用不同尺寸的纺丝喷嘴来决定；调节注射器速率以及凝固浴旋转速率参数以制备连续且直径均匀的GO纤维；

b、将步骤a中获得的GO纤维置于室温中12h晾干，随后将纤维置于强还原剂溶液气氛的密闭条件下，90℃加热2h对氧化石墨烯进行化学还原，得到还原氧化石墨烯rGO纤维；

c、将步骤b中得到的rGO纤维与适量的三聚氰胺混合，混合物在惰性气体气氛下的管式炉内进行热还原，升温速率为5℃/min，700℃保持0.5h，从而实现了碳纳米管CNT在rGO纤维表面与内部的原位生长，得到石墨烯基杂化多层结构纤维材料CNT-rGO。

2.根据权利要求1所述的石墨烯基杂化多层结构纤维材料制备方法，其特征在于：所述步骤a中的过渡金属盐为Ni(NO₃)₂·6H₂O、Co(NO₃)₂·6H₂O或Fe(NO₃)₃·9H₂O。

3.根据权利要求2所述的石墨烯基杂化多层结构纤维材料制备方法，其特征在于：所述步骤a中的过渡金属盐为Ni(NO₃)₂·6H₂O。

4.根据权利要求1所述的石墨烯基杂化多层结构纤维材料制备方法，其特征在于：所述步骤a中氧化石墨烯水分散液的浓度为15mg/mL，所述步骤a中注射器速率为400μL/min，凝固浴旋转速率为30rpm/min；获得的纤维的直径为40~60μm，所述步骤b中的强还原剂为水合肼溶液。

5.根据权利要求1所述的石墨烯基杂化多层结构纤维材料制备方法，其特征在于：所述步骤c中纤维与三聚氰胺的质量比为1:10；所述步骤c中的惰性气体为N₂。

6.根据权利要求1-5任一所述方法制备的石墨烯基杂化多层结构纤维材料。

7.根据权利要求6所述的石墨烯基杂化多层结构纤维材料的应用，其特征在于：所述步骤c中石墨烯基杂化多层结构纤维材料CNT-rGO可作为传感器导电材料。

8.根据权利要求6所述的石墨烯基杂化多层结构纤维材料的应用，其特征在于：所述步骤c中石墨烯基杂化多层结构纤维材料CNT-rGO可以单根或多根使用以获得不同的传感器性能。

9.根据权利要求7所述的石墨烯基杂化多层结构纤维材料的应用，其特征在于：所述纤维材料用作传感器导电材料的制作方法，步骤如下：

a、在聚四氟乙烯板上平铺一层聚二甲基硅氧烷PDMS，烘干后作为传感器基底；

b、将纤维裁成适宜长度，两端通过导电银胶与铜线相连作为电极，整体放置在基底之上，待银胶凝固之后在上面再覆盖一层聚二甲基硅氧烷对纤维进行封装，整体烘干后裁去多余部分即可得到传感器，在万能材料试验机上海衡翼精密仪器有限公司HY-0350上进行力学性能测试，并由电流源吉时利2450收集电流信号，数据收集完成之后通过origin软件进行绘图和分析。

10.根据权利要求9所述的石墨烯基杂化多层结构纤维材料的应用，其特征在于：所述步骤a中聚二甲基硅氧烷主剂与硬化剂以质量比10：1比例混合均匀，并充分离心以去除气泡；所述步骤b中传感器的尺寸为长50mm，宽8mm，厚0.6mm。