[發明專利]一種氧化石墨烯/聚丙烯酸鈉的拉伸流體及其在制備石墨烯中的應用

有效

• 申請號: 201911418115.1
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111074380B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 許震;高超;劉森坪
• 申請（專利權）人: 杭州高烯科技有限公司;浙江大學
• 主分類號: D01F9/12
• 分類號: D01F9/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種氧化石墨烯/聚丙烯酸鈉的拉伸流體,所述拉伸流體通過以下方法制備得到：配制濃度為0.1wt％以上的聚丙烯酸鈉水溶液和濃度為0.1wt％以上的氧化石墨烯水溶液，將上述聚丙烯酸鈉水溶液與氧化石墨烯水溶液按質量比1:3以上混合均勻，得到氧化石墨烯/聚丙烯酸鈉拉伸流體。本發明公開了一種向氧化石墨烯水溶液中加入少量聚丙烯酸鈉溶液，使其具有超高拉伸性質的方法，過程簡單，環保，高效，是一種改善氧化石墨烯溶液加工性能的新方法，該拉伸流體能夠應用于石墨烯的制備領域。

技術領域

本發明屬于納米材料領域，具體地涉及一種氧化石墨烯/聚丙烯酸鈉的拉伸流體及其在制備石墨烯中的應用。

技術背景

2004年，英國曼徹斯特大學A.K.Geim教授課題組運用機械剝離法成功制備石墨烯，并將其懸掛于微型金架上，推翻了完美二維晶體結構無法在非絕對零度下穩定存在的這一論斷。換言之，自由態的石墨烯在室溫下可以穩定存在；而在相同條件下，其他任何己知材料都會被氧化或分解，甚至在相當于其單層厚度10倍時就變得不穩定。從結構上說，石墨烯(Graphene)是緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結構的sp2雜化單層碳原子晶體，層內碳原子以共價鍵形式連接，具有超高的強度(120GPa)，因此以石墨烯作為源頭材料構建特定結構的碳基材料，從而實現碳質功能材料納米結構的設計和可控以及宏量地制備已經逐漸引起全球科學家的關注。

氧化石墨烯纖維具有高強度、高模量、高導電、高導熱以及多功能化等特征，引起了國內外學者廣泛關注。石墨烯是一種典型的二維高分子，分散體系中由于片層之間距離較大，并且沒有類似于線性高分子的鏈纏結，從而主要表現出粘性，凝膠纖維可拉伸性極差，在承受應力的時候極易發生斷裂，所以紡絲速度極慢，一般只能進行濕紡紡絲，其速度不超過為5米/分鐘。石墨烯纖維由于其極好的力學性能、導熱率和導電性能，自其連續濕紡工藝被報道以來受到了廣泛的研究和關注，但是由于其紡絲速度的限制，始終無法實現其大規模應用。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種氧化石墨烯/聚丙烯酸鈉的拉伸流體及其在制備石墨烯中的應用。

本發明的目的是通過如下技術方案實現的：一種氧化石墨烯/聚丙烯酸鈉的拉伸流體，所述拉伸流體通過以下方法制備得到：配制濃度為0.2wt％以上的聚丙烯酸鈉水溶液和濃度為0.2wt％以上的氧化石墨烯水溶液，將上述氧化石墨烯水溶液與聚丙烯酸鈉水溶液按質量比3倍以上混合均勻，得到氧化石墨烯/聚丙烯酸鈉拉伸流體。其中，聚丙烯酸鈉重均分子量為3000萬。

本發明還提供了一種拉伸流體在制備石墨烯中的應用。

進一步地，以氧化石墨烯/聚丙烯酸鈉的拉伸流體為前驅體進行氣流輔助紡絲，并通過直接干燥,獲得氧化石墨烯/聚丙烯酸鈉無紡布。

進一步地，以氧化石墨烯/聚丙烯酸鈉的拉伸流體為前驅體進行氣流輔助紡絲，利用凝固浴收集氧化石墨烯/聚丙烯酸鈉復合纖維。

進一步地，所述凝固浴選自氧化石墨烯和聚丙烯酸鈉的不良溶劑。

進一步地，所述凝固浴優選為乙醇、異丙醇、乙酸乙酯及其水溶液。

進一步地，還包括將收集的氧化石墨烯/聚丙烯酸鈉復合纖維進行過濾，制成無紡布的步驟。

進一步地，所述氣流輔助紡絲的成纖線速度為350米/分鐘。

進一步地，還包括將氧化石墨烯/聚丙烯酸鈉復合纖維或無紡布在氫碘酸和乙酸的混合溶液中還原12小時，還原溫度為95℃，并用3vt％的氨水清洗所述復合纖維，再在3000℃下熱處理1h的步驟。其中，氫碘酸與乙酸按體積比1:1混合。