[發明專利]石墨烯-金屬線材復合纖維及其制備方法

在審

• 申請號: 201811417029.4
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN111218814A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 陳永勝;趙愷;張騰飛;任愛
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: D06M11/74
• 分類號: D06M11/74;D01F9/12;C23C16/26;C23C16/56
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 王達佐;洪欣

1.石墨烯-金屬線材復合纖維，其特征在于，所述復合纖維具有由子纖維構成的n級超螺旋多級結構，并且第1級子纖維由s根包覆有石墨烯的金屬線材螺旋而成，第m級子纖維由t根第m-1級子纖維螺旋而成，

其中所述金屬線材表面及各金屬線材之間具有連續且厚度均勻的石墨烯，并且n為不小于6的整數，m為大于1且小于等于n的整數，以及s和t每次出現時各自為不小于6的整數，以及

其中以包覆有石墨烯的金屬線材的體積計，所述石墨烯的體積百分數大于等于0.4％。

2.如權利要求1所述的復合纖維，其特征在于，所述復合纖維的直徑D與金屬線材的原始直徑d₀滿足：0.8d₀≤D≤1.5d₀，優選地，0.9d₀≤D≤1.3d₀，更優選地，0.9d₀≤D≤1.2d₀，還更優選地，D＝d₀。

3.如權利要求1所述的復合纖維，其特征在于，所述金屬線材的表面上的石墨烯的覆蓋率大于等于99％，優選為99.5-100％；任選地其中，所述石墨烯的層數為1-10層；任選地其中，以包覆有石墨烯的金屬線材的體積計，所述石墨烯的體積百分數大于等于0.4％且小于等于2.0％。

4.如權利要求1所述的復合纖維，其特征在于，所述復合纖維的直徑D小于等于200μm，并且所述第1級子纖維的最終直徑d₁小于等于1μm。

5.如權利要求1所述的復合纖維，其特征在于，所述金屬線材選自銅絲、鎳絲、鋁絲、金絲、鉑絲及其任意組合；優選地，所述金屬線材為銅絲或鎳絲。

6.制備權利要求1-5中任一項所述的石墨烯-金屬線材復合纖維的方法，所述方法包括：

(1)通過化學氣相沉積工藝在s根金屬線材的表面上生長石墨烯；

(2)對經石墨烯包覆的線材進行加捻復合處理；

(3)對經加捻復合的線材進行熱拉伸處理；

(4)對經熱拉伸處理的線材進行多模冷拉拔處理，使得經過所有模具后所述線材的總伸長率為450-500％；

(5)使經冷拉拔處理的線材經歷化學氣相沉積工藝，從而得到子纖維，

(6)取t根子纖維替代步驟(2)中的線材并重復步驟(2)-(5)，

其中使步驟(6)重復n-1次，從而得到所述石墨烯-金屬線材復合纖維，其中每一循環中的t可以相同或不同。

7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，在步驟(1)之前清洗所述金屬線材，所述清洗包括使用選自去離子水、乙醇、丙酮、異丙醇、三氯甲烷中的一種或多種溶劑清洗所述金屬線材，重復2-3次；優選地其中，所述方法包括在步驟(3)與步驟(4)之間的任選的步驟(3’)：使線材或子纖維經歷化學氣相沉積工藝以在其表面生長石墨烯；優選地其中，步驟(5)和任選的步驟(3’)中所用的化學氣相沉積工藝與步驟(1)中的化學氣相沉積工藝相同；優選地其中，步驟(2)的加捻復合處理在空氣、氬氣、氦氣的氣氛下進行，加捻程度為5-40轉/cm。

8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，步驟(1)的化學氣相沉積工藝為常壓化學氣相沉積工藝或氣壓為1-300Pa的低壓化學氣相沉積工藝，其中載氣選自氬氣、氦氣、氫氣或其任意組合；碳源為氣態碳源或液態碳源，所述氣態碳源選自甲烷、乙烷、乙烯或其任意組合，所述液態碳源選自甲醇、乙醇、甲苯或其任意組合；優選地其中，步驟(1)的化學氣相沉積工藝包括使線材或子纖維達到800-1100℃的溫度，保持30至100分鐘，從而經歷熱處理，隨后將線材或子纖維加熱到為800-1100℃且等于或高于所述熱處理溫度的生長溫度并且與攜帶碳源的載氣接觸，使石墨烯在所述線材或子纖維的表面生長5-60分鐘，其中所述載氣的流速為1-500ml/min。