[發明專利]一種石墨烯涂層導電纖維的制備方法

在審

• 申請號: 201710045725.6
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN108330679A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 曾尤;方明赫;郝亞斌;王超逸
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: D06M11/74
• 分類號: D06M11/74;C03C25/44;D06M101/40;D06M101/02;D06M101/16
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明屬于炭材料和復合材料研究領域，具體為一種石墨烯涂層導電纖維的制備方法，通過將氧化石墨烯還原制成石墨烯水溶膠作為前驅體，再利用浸漬提拉法將石墨烯均勻包覆在纖維上，并可將該過程重復多次。干燥后，完整連續的石墨烯薄膜覆蓋在纖維表面，得到石墨烯涂層導電纖維。同時，溶膠干燥脫水時發生收縮，收縮過程中產生的壓力可將石墨烯涂層緊密壓覆于纖維表面，使其與纖維結合牢固，不易脫落。在纖維表面，石墨烯片層之間相互搭接、連通，形成導電涂層，可顯著提升纖維的導電性能。上述纖維復合材料具有良好的導電性，可用于消除靜電或電磁屏蔽，擁有廣闊的應用前景。本發明具有制備工藝簡單、產品性能可控等優點，適合規模化生產。

技術領域

本發明屬于炭材料和復合材料研究領域，具體為一種石墨烯涂層導電纖維的制備方法。

背景技術

隨著工業生產的發展，靜電和電磁輻射對電子儀器設備的正常工作及人類的生理健康帶來了很多負面影響。由于導電纖維的抗靜電效果顯著，且當電導率達到一定程度后,就具有優良的電磁屏蔽功能,導電纖維的研制和應用越來越受到重視。

涂層法是一種制備導電纖維的方法，常用的方法是在普通纖維表面涂上碳黑。涂層方法可以采用粘合劑將碳黑粘合在纖維表面,或者直接將纖維表面快速軟化、并與碳黑粘合。這種方法的缺點是碳黑容易脫落,且碳黑在纖維表面不易均勻分布。另外，由于粘合劑的存在，導電涂層的導電性能也會受到影響。

自2004年第一次制備得到石墨烯以來，石墨烯優異的物理性能受到了眾多學者的廣泛關注。石墨烯具有優良的導電性，因為只有一層原子，電子的運動被限制在一個平面上，電子在其中的運動速度可達到光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度。石墨烯的理論電導率可高達10⁸Ω/m，是目前發現的室溫下導電最好的材料，室溫下的電阻值只有銅的三分之二。同時，石墨烯具有很高的徑厚比(高達5000以上)和比表面積(理論值高達2600m²/g)，石墨烯的二維平面結構使其比零維或一維導電材料更易構成導電網絡。正是因為石墨烯具有上述這些優異的性能，使其在電學領域展現了良好的應用前景。

石墨烯的高電導率和高徑厚比使其成為極好的導電涂層材料。在不同基體上包覆石墨烯薄膜，即可賦予被包覆材料一定的導電性能。同時，石墨烯位于基體材料的外表面，不會對基體材料的力學或其他性能產生影響。浸漬提拉法是將溶膠—凝膠前驅體均勻涂覆于基板表面的一種方法，通過使用浸漬提拉法，可以將石墨烯緊密均勻包覆在纖維表面，并可通過調節技術參數來調控涂層厚度。包覆后的纖維導電性得到大幅提升，具有在抗靜電或電磁屏蔽領域的潛在應用。

綜上所述，將石墨烯包覆于纖維表面，可在有效纖維導電性能的同時不降低其力學性能，制備石墨烯涂層導電纖維具有重要的實際意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種石墨烯涂層導電纖維的制備方法，通過將石墨烯均勻包覆于纖維表面，利用石墨烯的高電導率，賦予纖維材料導電性，解決了目前涂炭法制備導電纖維時存在的炭黑涂層不均勻、易脫落的問題；該方法工藝簡單，適合規模化生產。

本發明的技術方案是：

一種石墨烯涂層導電纖維的制備方法，該石墨烯涂層導電纖維中石墨烯緊密、均勻包覆在纖維的外表面，處理過程是以由氧化石墨烯水溶液制備得到的石墨烯水溶膠為前驅體，采用浸漬提拉工藝，通過浸漬提拉裝置將石墨烯水溶膠包覆到纖維表面，烘干脫水后得到石墨烯涂層導電纖維。

所述的氧化石墨烯水溶液是由氧化石墨或氧化石墨烯粉末以1～5mg/ml加入去離子水中，超聲分散15～30min得到。

所述的石墨烯水溶膠是通過向氧化石墨烯水溶液中定量加入還原劑，經過化學還原得到。

所述的石墨烯水溶膠制備方法為：在氧化石墨烯水溶液中滴加濃度為80％的水合肼溶液，添加量為氧化石墨烯水溶液的0.5～1.5wt％，在40～60℃下加熱3～5h。