[發明專利]一種濕法紡絲制備的石墨烯纖維及其制備方法

在審

• 申請號: 201810993456.0
• 申請日: 2018-08-24
• 公開（公告）號: CN109322009A
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 張小波;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 宿遷南航新材料與裝備制造研究院有限公司
• 主分類號: D01F9/12
• 分類號: D01F9/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種濕法紡絲制備的石墨烯纖維及其制備方法，包括：(1)通過化學官能化后形成分散性高的氧化石墨烯紡絲溶液；(2)將形成的氧化石墨烯溶質液晶溶液放入到單軸旋轉紡絲管中；(3)將紡絲管中的噴嘴中擠出到單軸流的混凝浴中；(4)通過溶劑交換混凝進行相變；(5)蒸發溶劑固化得到氧化石墨烯纖維；(6)通過化學或熱還原得到石墨烯纖維。本發明中可以得到一種高性能的濕法紡絲石墨烯纖維，制備工藝簡單，綠色環保，操作方便，制備工時少，且所獲石墨烯纖維結構均勻，有優良韌性及導電性能，可編織成各種功能性織物。

技術領域

本發明專利涉及石墨烯纖維制造領域，具體涉及一種濕法紡絲制備的石墨烯纖維及其制備方法。

背景技術

石墨烯是碳原子通過sp²雜化形式形成的二維結構，其具有非常高的比表面積，良好的導電、導熱性能，并且具有極高的機械強度，已經成為21世紀材料領域的研究熱點。目前，石墨烯的宏觀組裝體主要有粉末、纖維、薄膜、氣凝膠等，而纖維作為一種材料應用形式，廣泛應用于日常生活、交通運輸、工業生產等領域。因此，將石墨烯加工成宏觀的纖維具有很高的應用價值。

石墨烯纖維是由二維的石墨烯組裝而成的宏觀一維碳材料，具有很好的電學性能和力學性能。石墨烯纖維具有高的電導率和良好的柔韌性。石墨烯纖維材料有其性質特殊性，石墨烯纖維的制備和應用得到廣泛的研究。早前，通過將分散性很好氧化石墨烯和水溶性的脫氧膽酸鈉混合均勻得到氧化石墨烯/脫氧膽酸鈉凝膠，注入微管中通過對輥的方法得到石墨烯纖維帶(Huang G.，Hou C.，et al.Scientific Reports，2013，3，4248)；通過調整氧化石墨烯/脫氧膽酸鈉凝膠中氧化石墨烯的含量，制備了多孔的石墨烯纖維，并在多孔纖維中浸入固態電解質得到全固態的纖維狀超級電容器(Huang G.，Hou C.，et al.NanoEnergy，2015，12，26)。北京理工大學的曲良體教授通過對制備的石墨烯纖維進行原位的螺旋，得到隨濕度變化可以轉動的石墨烯纖維(Cheng H.，Liu J.，et al.AngewandteChemie-International Edition，2013，52，10482.)等。

目前，石墨烯纖維的制備方法有很多，然而，這些方法大多得到的石墨烯纖維強度低，結構不均勻，容易斷裂，難以滿足現實使用的要求，因此就如何生產出具有高性能的石墨烯纖維是目前急需解決的一個問題。

專利號為CN106702535A的中國專利申請了公開了一種石墨烯纖維及其制備方法。該制備方法包括：(1)將一定濃度的氧化石墨烯紡絲液放入紡絲裝置中，再將紡絲液從紡絲頭上的紡絲噴口中均勻擠入凝固浴中，在擠出的同時旋轉紡絲頭，實現多股氧化石墨烯纖維的制備及加捻；(2)將加捻后的多股氧化石墨烯纖維還原，得到加捻的多股石墨烯纖維。該發明可通過調節紡絲液組分、紡絲噴口數量、紡絲噴口大小和旋轉速度等來制備單一組分或者多種組分構成的石墨烯纖維，并實現對其組分、股數、直徑、捻度的調控。

專利號為CN108219139A的中國專利申請了一種官能化石墨烯，該官能化石墨烯是指表面接枝一個或多個活性分子的石墨烯，該活性分子包括多個端基官能團，該多個端基官能團包括至少兩個活性官能團。由于該活性官能團能夠和有機硅油中的分子發生化學反應，因此該官能化石墨烯能夠比較均勻的溶于該有機硅油，進而使得利用該官能化石墨烯制備的聚有機硅氧烷具有良好的導熱性能。另外，該申請還提供了該官能化石墨烯的制備方法和相應的聚有機硅氧烷。

專利號為CN108277556A的中國專利申請了一種干法紡絲制備的超高柔性石墨烯纖維及其制備方法，所述石墨烯纖維使用氧化石墨烯溶液，通過干法紡絲的方式制備氧化石墨烯纖維，然后還原氧化石墨烯纖維即得所述石墨烯纖維。本發明突破組成纖維的材料必須是長鏈狀大分子高聚物的思路約束，首次把納米二維片層的氧化石墨烯，利用干法紡絲，成功實現了連續制備具有優異柔韌性能的氧化石墨烯纖維，且通過還原法成功制備了具有優異柔韌性能的石墨烯纖維。