[發明專利]一種新型聚多巴胺基包覆的石墨烯纖維及其制備方法

在審

• 申請號: 201710668666.8
• 申請日: 2017-08-07
• 公開（公告）號: CN107401046A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 俞書宏;馬濤;從懷萍;蘇廷玉;高懷嶺
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: D06M11/74
• 分類號: D06M11/74
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 李新紅

1.一種新型的高機械強度、高導電性的聚多巴胺基包覆的石墨烯纖維，所述纖維包括：

石墨烯；以及

包覆所述石墨烯的聚多巴胺衍生碳包覆層。

2.根據權利要求1所述的石墨烯纖維，其中

所述聚多巴胺基包覆的石墨烯纖維具有10-1000mm的長度，并且具有10-300μm的厚度或直徑。

3.根據權利要求1所述的石墨烯纖維，其中

所述石墨烯纖維呈現類洋蔥結構，二維層狀聚多巴胺基包覆的石墨烯納米片沿軸向排列、緊密堆積、石墨烯片呈褶皺狀，相鄰聚多巴胺基包覆的石墨烯納米片間有部分“交聯”、搭接。

4.根據權利要求1所述的石墨烯纖維，其中

所述聚多巴胺衍生碳包覆石墨烯纖維具有660-780MPa的拉伸強度、5-14MJ m^-3的韌性，并且具有570-663S m^-1的電導性。

5.一種制備權利要求1-4中任一項所述的高機械強度、高導電性的聚多巴胺基包覆的石墨烯纖維的方法，所述方法包括如下步驟：

步驟S1：在緩沖劑的存在下，在弱堿性的條件下，通過直接在氧化石墨烯表面原位引入聚多巴胺衍生碳包覆層，以制備出作為組裝單元的聚多巴胺包覆氧化石墨烯；

步驟S2：將所述聚多巴胺衍生碳包覆氧化石墨烯組裝單元進行一維限域自組裝，獲得未退火聚多巴胺包覆石墨烯纖維；以及

步驟S3：將所獲得的聚多巴胺包覆石墨烯纖維在兩端固定的情況下，進行退火處理。

6.根據權利要求5所述的制備方法，其中所述方法包括以下操作步驟：

所述步驟S1：向濃度為0.5-2mg/ml的氧化石墨烯溶液中，加入1-3mg/ml緩沖劑，攪拌至完全溶解，用0.02-0.5mol/L的稀鹽酸調節溶液PH為8-9，添加0.5-3mg/ml多巴胺鹽酸鹽單體，繼續敞口反應3-24h，離心水洗至上層澄清，然后再離心濃縮至濃度達到5mg/ml以上，便獲得了作為組裝單元的聚多巴胺包覆氧化石墨烯的濃溶液；

所述步驟S2：將步驟S1中獲取的適當濃度聚多巴胺包覆氧化石墨烯濃溶液注入到內徑0.2-30mm的玻璃毛細管中，兩端熱封口，并將其放入120-240℃的烘箱中反應8-36h后，然后自然冷卻至室溫，然后用針管將其從玻璃管內吹出便得到了濕的聚多巴胺包覆石墨烯纖維，將纖維兩端固定晾干，便得到了未退火的聚多巴胺包覆石墨烯纖維；

所述步驟S3：將步驟S2獲取的聚多巴胺包覆石墨烯纖維兩端固定，并在惰性氣氛下，200-1500℃退火處理1.5-6h，便獲得了高機械強度高導電性的聚多巴胺基石墨烯纖維。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中的所述適當濃度聚多巴胺包覆氧化石墨烯濃溶液的濃度為6-8mg/ml。

8.根據權利要求5或6所述的制備方法，其特征在于，所述緩沖劑是三羥甲基氨基甲烷與鹽酸的混合物，或者是硼酸、氯化鉀與氫氧化鈉的混合物。

9.根據權利要求6所述制備方法，其特征在于，步驟S3中所述兩端固定包括：將所述聚多巴胺包覆石墨烯纖維兩端固定在定制的中空框架的模具中，通過耐高溫鐵氟龍膠帶初步固定兩端，然后進一步用重的板狀物壓牢固定。

10.根據權利要求5或6所述的制備方法，其中所述組裝單元堆積、沿軸向排列，且所述組裝單元呈現典型的水熱處理組裝特征。