[發(fā)明專利]一種新型銅/石墨烯/聚合物復合纖維的制備方法

在審

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• 申請日: 2018-06-07
• 公開（公告）號: CN108716114A
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發(fā)明（設計）人: 鄭堅;張曉;熊超;支建莊;于貴波;蘇續(xù)軍;殷軍輝;崔凱波;康小勇
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: D06M11/74
• 分類號: D06M11/74;D06M15/227;D06M15/233;D06M15/31;D06M15/59;D06M15/507;D06M15/53;D06M15/63;D06M15/248;D06M15/263;D06M15/256
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務所(普通合伙) 11548
• 代理人: 李靜

本發(fā)明公開了一種新型銅/石墨烯/聚合物復合纖維的制備方法，包括以下步驟：第一步，利用拋光方法處理高純銅纖維表面，制備低表面粗糙度的銅纖維；第二步，將高純度銅纖維置于化學氣相沉積管式爐中，通過化學氣相沉積方法，在銅纖維表面生長石墨烯，從而得到銅/石墨烯復合纖維；第三步，制備銅/石墨烯/聚合物多層復合纖維；本發(fā)明的新型銅/石墨烯/聚合物復合纖維的制備方法，工藝條件簡單，流程容易控制，所得復合導電纖維材料分布均勻，結合緊密，復合纖維質量較高，成品率高。

技術領域

本發(fā)明涉及一種新型銅/石墨烯/聚合物復合纖維的制備方法，屬于導電材料制備技術領域。

背景技術

銅及其合金導電性和導熱性較好，但硬度和強度較低，耐熱性差，高溫下易軟化變形，故應用范圍受到很大的限制；為得到高強度材料，一般采用的方法是向銅基體中加入增強體形成復合材料，常見的增強體種類有顆粒、纖維、石墨等，新型的增強體還有納米碳管、石墨烯等；導電性是衡量銅基復合材料的重要指標，研制高強度銅基復合材料時，面臨的首要問題是材料的導電性與強度難以兼顧，即強度的提高以電導率的損失為代價，強度高則電導率低；因此，在提高銅基復合材料的強度時，保證其電導率仍維持在較高水平，成為目前銅基復合材料研究的熱點之一；銅纖維導電性很好，大量用于制造電線、電纜、電刷等；為了提升銅纖維的綜合性能，很多研究用于制造再生銅纖維和復合銅纖維，使其具有良好的導電性能和力學性能；隨著科學技術的發(fā)展，開發(fā)了以銅纖維為基體的各種新型功能性復合銅纖維，進一步擴展了銅纖維的應用領域和市場。

石墨烯具有完美的二維晶體結構，它的晶格是由六個碳原子圍成的六邊形，厚度為一個原子層；碳原子之間以σ鍵連接，結合方式為sp²雜化，這些σ鍵賦予石墨烯極優(yōu)異的力學性能和結構剛性；其特點為輕薄、高強、導電性能優(yōu)異，一度被稱為“新材料之王”，這些特殊的物理性質使其在半導體材料、儲能材料、高分子復合物、電子器件和傳感器等眾多領域有著廣泛的應用；石墨烯作為一種單原子層厚度的新型二維材料，與其他碳材料相比，具有更加優(yōu)異的物理和化學性能；石墨烯理論比表面積為2630 m²g^-1，楊氏模量達到1000GPa，拉伸強度為130 GPa，是鋼的一百多倍；石墨烯在室溫下的載流子遷移率約為15000cm²/(V s)，這一數(shù)值比超出了硅材料的10倍；同時，石墨烯具有超高熱導率（~5000Wm^-1K^-1），對于能量的傳輸具有重要作用；石墨烯在電學方面具有量子霍爾效應、雙極場效應等性質，因此在場效應晶體管、超級電容器等領域具有良好的應用前景；在各種石墨烯的制備方法中，化學氣相沉積法因其能夠實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，層數(shù)可控，適宜生長高質量、大面積的石墨烯等優(yōu)點，越來越受研究人員的青睞；化學氣相沉積法制備過程中，基底材料的選擇尤為重要；經(jīng)過多年的研究結果表明，選擇銅作為化學氣相沉法的基底材料已得到廣泛認可。

銅在石墨烯的CVD生長過程中既是生長基底，同時也作為催化劑，具有一定的催化活性；在Cu箔表面利用CVD方法獲得的石墨烯，由于其特殊的生長機制，即表面自終止效應可以實現(xiàn)絕對單層生長，同時由于層間的范德華相互作用可以導致雙層石墨烯的生長；因此，Cu箔上生長的石墨烯已經(jīng)成為相關基本科學問題研究中的重要材料；在這種技術的基礎上，將石墨烯生長于銅纖維的表面，亦可獲得高質量石墨烯包覆的銅/石墨烯復合材料，然而目前此類研究較少；目前可以將石墨烯包覆于銅纖維的方法主要有：CVD法、水熱法、噴涂法等，然而水熱法所得石墨烯與銅纖維界面松散，產(chǎn)生較大空隙，界面連接不牢固，噴涂法工藝簡單，但難以涂覆均勻；CVD法獲得石墨烯的質量最好，且與銅表面相容性很高，能夠充分發(fā)揮復合結構的優(yōu)勢和性能。