[發明專利]一種碳基納米纖維的制備方法

有效

• 申請號: 201310619319.8
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103628182A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 張繼中
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: D01F9/12
• 分類號: D01F9/12;D01D5/00;D01D1/02
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明涉及一種碳基納米纖維的制備方法，特別是將氧化石墨烯構建向列相液晶溶液后通過靜電紡絲技術制備為納米纖維從而獲得基于氧化石墨烯的碳基納米纖維。

背景技術

碳基納米纖維憑借其導電、穩定等特性而在包括傳感、分離等領域有著廣泛的應用潛能并受到人們的高度關注。目前碳基納米纖維的制備主要是將包括聚丙烯腈、聚乙烯醇等材料通過靜電紡絲技術制備為納米纖維薄膜后高溫碳化而獲得，或者是制備添加了碳納米管或者石墨烯的高分子復合納米纖維。通過靜電紡絲技術制備的納米纖維由于其超長的特性、高表面積、復雜多孔結構及可達分子水平排列的特點而在納米纖維基膜、生物醫學領域、酶和催化劑載體、納米纖維傳感器及電極材料方面具有廣泛的應用前景并成為科技領域的熱點。然而，靜電紡絲技術本身存在的對紡絲材料拉伸程度較低的問題使得藉由靜電紡絲技術制備的基于聚丙烯腈、聚乙烯醇轉化的碳基納米纖維存在具有規則石墨結構的成分較少，并進一步影響其導電、導熱、強度等方面的性能，而添加了碳納米管或者石墨烯的復合納米纖維也受到高分子材料與碳基納米添加劑作用的影響而使得其性能受到限制。

近些年來人們發現的石墨烯以其出色的性能而受到人們的關注。石墨烯優異的力學性質(楊氏模量高達1.?0?TPa?)、電學性質(電子遷移率高達?10⁶cm²·V^-?1·s^-1?)、熱學性質(熱導系數高達5000W·m^-?1·K^-?1?)、光學性質(單層石墨烯的可見光吸收僅有2.?3%?和優異的鎖模特性)，超大的理論比表面積(?2630m²·g^-?1?)?及單片層結構賦予其獨特的化學和電化學活性使得石墨烯在電子、信息、能源、材料和生物醫藥等領域具有重大的應用前景。因此現紐約時報評價：“石墨烯的出現，使現代物理變得愈發豐富了”。而Geim和Novoselov在Science雜志上那篇足以載入史冊的石墨烯文章發表后短短6年時間后就獲得了諾貝爾物理獎。

據報道，利用向列相氧化石墨烯溶液通過凝固浴紡絲技術可以成功制備普通氧化石墨烯纖維。由于向列相氧化石墨烯在紡絲過程中易于有序排列，因此制備得到的氧化石墨烯纖維的性能較很多其它方法制備的纖維性能（如機械強度、導電、導熱等）有很大的提高。但是普通紡絲制備的是尺寸大于20微米的粗纖維，不具備納米纖維比表面積大等眾多納米材料的性能，限制了其在傳感、顯示等方面的應用。因此，制備以高度有序結構的氧化石墨烯為基礎的性能優良的碳基納米纖維具有重大的意義。

發明內容

針對目前技術存在的不足，本發明公開了一種碳基納米纖維的制備方法，本方法首次將氧化石墨烯制備為液晶向列相溶液后，再利用靜電紡絲技術制備出氧化石墨烯碳基納米纖維。

本發明的碳基納米纖維的制備通過下述方法實現：

首先將氧化石墨烯制備為向列相溶液，然后通過靜電紡絲技術制備為碳基納米纖維。

所述向列相溶液濃度介于1mg/mL至10mg/mL。?

所述氧化石墨烯單片尺寸大于10μm，采用單片尺寸大于10μm的氧化石墨烯能增加氧化石墨烯間的相互作用，容易形成向列相溶液且便于進一步在靜電紡絲過程中有序排列形成性能優良的納米纖維。

所述碳基納米纖維以納米纖維薄膜或者納米纖維束的形式存在。?

本發明的有益效果在于：

（1）采用向列相氧化石墨烯溶液作為制備碳基納米纖維的原料，該溶液在纖維制備過程中易于有序排列，因此更易于制備得到在機械強度、導電、導熱等方面的性能優良的碳基納米纖維。

（2）通過靜電紡絲技術制備的納米纖維具有超長的特性、高表面積、復雜多孔結構及可達分子水平排列的特點，在納米纖維基膜、生物醫學領域、酶和催化劑載體、納米纖維傳感器及電極材料方面具有廣泛的應用。

（3）首次將向列相氧化石墨烯溶液與靜電紡絲技術結合制備碳基納米纖維，既克服了以聚丙烯腈、聚乙烯醇為原料生產碳基納米纖維過程中由于碳化過程未經很好拉伸、排列等過程而導致纖維的導電、導熱、強度等方面性能的不足，又彌補了以向列相氧化石墨烯溶液為原料、采用普通紡絲技術制備出的納米纖維不具備眾多納米材料性能的缺陷。

因此本發明有望為氧化石墨烯為原料制備優質的碳基納米纖維的生產及應用作出貢獻。

具體實施方式

??下面結合實施例對本發明作進一步說明。