一种柔性高导电复合碳质纤维的制备方法技术

本发明专利技术涉及柔性复合碳材料领域，特别是一种柔性高导电复合碳质纤维的制备方法。以纯棉线为前驱体，通过浸渍法将碳纳米管和/或石墨烯担载在纯棉线的细小纤维表面；在惰性气氛保护下热处理时，构成纯棉线的主体纤维素碳化，并同时与碳纳米管和/或石墨烯紧密结合，最终得到复合碳质纤维。本发明专利技术通过改变碳化处理温度和处理时间及碳纳米管或石墨烯的结构及含量等，来调控该复合纤维的结构与性能。该柔性同轴复合结构碳质纤维兼具柔性、高导电性、高担载储锂活性物质等特性，可望用于未来柔性可穿戴设备及柔性锂离子电池的电极担载材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及柔性复合碳材料领域，特别是一种柔性高导电复合碳质纤维的制备方法。
技术介绍
随着电子科技的迅速发展，柔性可穿戴器件的需求日益凸显，而绝大多数柔性器件均需要电池进行驱动。电池中的活性材料一般是粉末状，需要涂覆在导电基体上。因此，未来柔性电子器件发展的关键是如何获得高导电、柔性、轻薄、高担载量、可穿戴的电池活性材料载体。目前，关于柔性电极基体，特别是一维柔性电极基体方面的研究很少，限制了柔性电池及柔性电子器件的发展。由于碳质纤维特有的柔性、轻质、高强、高导电特性，其被认为是理想的一维柔性电极基体材料，目前的主要问题是如何提高其担载量。为了提高碳质纤维的担载量，将其与高比表面积的碳纳米管或石墨烯复合是一种有效方法。然而，国内外对一维柔性碳纤维复合结构的研究报道很少。Zhang等先将纤维素溶解，再把多壁碳纳米管分散到纤维素溶液中，最后通过抽丝得到复合纤维[文献1,ZhangH,WangZG,ZhangZN,WuJ,ZhangJ,HeJS.Adv.Mater.19,698–704(2007)]。该方法得到的纤维因为纤维素不导电，所以复合纤维结构的导电性较差。有研究者将石墨烯与碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性高导电复合碳质纤维的制备方法，其特征在于，以纯棉线为前驱体，通过浸渍法将碳纳米管和/或石墨烯担载在纯棉线的细小纤维表面；在惰性气氛保护下热处理时，构成纯棉线的主体纤维素碳化，并同时与碳纳米管和/或石墨烯紧密结合，最终得到复合碳质纤维，具体步骤如下：(1)取纯棉线为原材料，在含乙醇的水溶液中浸泡1～24小时，去除表面杂质，在60～100℃下烘干5～24小时；(2)将碳纳米管和/或石墨烯分散在溶剂中，配成不同浓度的浆料；(3)将纯棉线浸渍到不同浓度的浆料中，吸附碳纳米管/石墨烯，取出烘干，获得复合纤维前驱体；(4)将该前驱体在惰性气氛下热处理。

【技术特征摘要】
1.一种柔性高导电复合碳质纤维的制备方法，其特征在于，以纯棉线为前驱体，通过浸渍法将碳纳米管和/或石墨烯担载在纯棉线的细小纤维表面；在惰性气氛保护下热处理时，构成纯棉线的主体纤维素碳化，并同时与碳纳米管和/或石墨烯紧密结合，最终得到复合碳质纤维，具体步骤如下：(1)取纯棉线为原材料，在含乙醇的水溶液中浸泡1～24小时，去除表面杂质，在60～100℃下烘干5～24小时；(2)将碳纳米管和/或石墨烯分散在溶剂中，配成不同浓度的浆料；(3)将纯棉线浸渍到不同浓度的浆料中，吸附碳纳米管/石墨烯，取出烘干，获得复合纤维前驱体；(4)将该前驱体在惰性气氛下热处理。2.按照权利要求1所述的柔性高导电复合碳质纤维的制备方法，其特征在于，所选取的纯棉线为100wt％的天然纤维素棉线或者化学纤维复合的棉线；纯棉线是由直径为50微米至5毫米的纤维丝纺织而成，长度为1毫米以上。3.按照权利要求1所述的柔性高导电复合碳质纤维的制备方法，其特征在于，碳纳米管和/或石墨烯的重量百分含量在0.01％～80％范围内可控。4.按照权利要求1所述的柔性高导电复合碳质纤维的制备方法，其特征在于，碳纳米管为单壁碳纳米管、少壁碳纳米管或多壁碳纳米管，碳纳米管的直径范围为1纳米～100纳米，长度范围为1微米～300微米；石墨烯为单层石墨烯、少数层石墨烯或多层石墨烯，石墨烯尺寸分布为2微米至200微米。5.按照权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯鹏翔，赵石永，刘畅，方若翩，程敏，成会明，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21