一种导电纤维的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种导电纤维的制备方法，首先配制石墨烯衍生物溶液，然后将石墨烯衍生物溶液涂布在选定的高分子纤维表面形成复合纤维，随后在设定气氛下使得复合纤维以设定速度运动通过微波加热区并使得其表面石墨烯衍生物层被微波进行设定时间的短暂加热处理，随后复合纤维离开微波加热区并被冷却,然后复合纤维通过挤压处理即可获得具有良好导电能力的石墨烯层包覆的导电高分子纤维。通过该种方法制备的导电纤维性能优良，可以为导电纤维、石墨烯材料的进一步发展及应用作出贡献。

【技术实现步骤摘要】
一种导电纤维的制备方法
本专利技术属于材料领域，涉及一种导电纤维特别是利用微波快速加热的特性及石墨烯衍生物微波吸收特性与高导热能力，通过高分子纤维表面涂布石墨烯衍生物溶液形成高分子纤维表面包覆石墨烯衍生物层的复合纤维，然后复合纤维以设定速度运动通过微波加热区并对复合纤维表面石墨烯衍生物层短暂加热处理并在随后快速冷却及挤压而获得具有良好导电能力的高分子基复合导电纤维。
技术介绍
随着社会的发展，导电纤维在包括导电、传感、加热、电磁屏蔽等领域有着广泛的应用价值而受到人们的高度关注。其中在高分子纤维表面包覆导电材料不仅可以节省导电材料的用量，而且也可以保证其导电特性，因此越来越受到人们的重视。而另一方面石墨烯作为一种导电材料，其出色的性能使得其成为导电修饰的一种良好选择。石墨烯优异的力学性质(杨氏模量高达1.0TPa)、电学性质(电子迁移率高达106cm2.v-1s-1)、热学性质(热导系数高达5000w.m-1.k-1)、光学性质(单层石墨烯的可见光吸收仅有2.3％和优异的锁模特性)，超大的理论比表面积(2630m2.g-1)及单片层结构赋予其独特的化学和电化学活性使得石墨烯在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有重大的应用前景。因此人们纷纷研制基于石墨烯的导电纤维，其中主流的方法是由氧化石墨烯通过凝固浴方法制备氧化石墨烯纤维，然后通过高温还原或者化学还原等方法制备还原型氧化石墨烯纤维。虽然目前通过这种方法制备得到的还原型氧化石墨烯纤维在机械强度、导电、导热等方面均已表现出不俗的性能，然而其不易控制的粗糙不规则的表面及相对昂贵石墨烯的大的用量限制了其广泛应用。也有人试图通过混合的方法在高分子纤维内掺杂石墨烯而提高复合纤维的电学性能，但与纯的石墨烯纤维或者氧化石墨烯纤维相比则差距很大，因此其应用范围受限。一种较理想的方法是在高分子纤维表面包覆石墨烯薄膜而形成内为高分子纤维而外为石墨烯的核壳结构复合纤维。然而由于高分子纤维通常耐高温有限，使得不能直接在高分子纤维上通过化学气相沉积石墨烯薄膜层；而还原较为充分的石墨烯粉末通常在溶剂中分散性能不佳，因此人们开发的石墨烯粉末静电喷涂实际上是把团聚的石墨烯颗粒粘到材料表面并不能形成石墨烯铺展开包覆在材料表面的状况，因此其对于石墨烯性能的发挥有着极大的制约；而通过能够在溶液中分散性能较好的氧化石墨烯或者还原氧化石墨烯溶液涂布在高分子纤维表面，然后进行化学还原可以获得还原氧化石墨烯层包覆的高分子导电纤维，但是化学还原可能带来的环境问题、对高分子纤维的损伤问题及难以获得高还原水平的石墨烯的问题限制了其进一步的推广应用。因此人们迫切期待出现高分子纤维表面均匀包覆石墨烯层的新技术、新方法。而另外一方面石墨烯具有吸收微波的特性，因此当石墨烯衍生物上有石墨烯微区时，其即具有吸收微波并发热的特性，为此本专利技术在国际上首次提出将高分子纤维表面通过溶液涂布石墨烯衍生物层形成复合纤维，然后复合纤维以设定速度运动通过一定尺寸的微波加热区的方式以设定的时间在设定气氛的微波中短暂加热处理石墨烯衍生物层使得氧化的石墨烯被还原而边缘功能化石墨烯则脱边缘官能团从而使得石墨烯衍生物层转化为石墨烯层，随后复合纤维继续运动离开微波加热区域并被冷却，经过单次或者多次就可以获得具有良好导电能力的石墨烯层包覆的复合导电纤维。由于微波加热只短暂处理石墨烯衍生物层而对高分子纤维本身除了导热因素外并没有其它作用，加之石墨烯衍生物层导热能力强且薄有利于散热，因此相较于高温气相沉积本专利技术方法可以避免长时间高温处理对高分子纤维的损伤。另一方面，复合纤维以设定速度运动通过微波加热区不仅可以精确控制复合纤维的加热时间，如一般微波炉加热时间设定有30秒为单位的多个档次，但是实验表明在保护气氛下加热一个整档就可能发生由于升温过快而导致涂布的石墨烯衍生物层散乱甚至脱落，即使精密微波炉可以设定微波脉冲长度，但也难以设定可能最优的加热时间如1.2秒，而复合纤维以设定速度通过微波加热区则可以根据微波加热区尺寸轻松获得精确的最佳加热时间。复合纤维以设定速度通过微波加热区还可以避免微波加热区不同区域加热效果不同带来的加热不均。事实上，将复合纤维放置在微波炉中加热一段时间，取出后可以明显感觉到放置在不同加热区域的复合纤维加热效果不一样，这与微波炉中加热电场的均匀性有关，虽然可以通过设计如曲面天线结构等方式提高微波炉加热均匀性，但其也有一定限度。而复合纤维以设定速度通过整个微波加热区则由于所有复合纤维均通过整个加热区而获得一致的加热效果。当然复合纤维以设定速度通过整个微波加热区还可以精确控制其冷却时机，从而有助于减少高温对高分子纤维的损伤。而本专利技术的复合纤维以设定速度通过整个微波加热区的方法还与纤维加工的工艺兼容，因此有助于导电复合纤维的批量生产。所以本申请制备的复合导电高分子纤维能够充分发挥高分子纤维的廉价、易得及石墨烯优异的性能，有望为石墨烯复合导电纤维的进一步推广应用作出贡献。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提供一种导电纤维的制备方法，导电纤维特别是石墨烯层包覆高分子纤维的导电纤维，通过在特定的还原性气氛、惰性气氛或者真空环境中微波短暂高温处理设定速度运动的石墨烯衍生物层包覆的复合高分子纤维上的石墨烯衍生物层，然后继续运动离开并快速冷却，从而避免长时间高温处理而损伤高分子纤维的基础上有效地局域短暂高温处理石墨烯衍生物层而获得具有良好性能的导电复合高分子纤维。该方法有助于高分子纤维、石墨烯材料更好地服务社会。技术方案：本专利技术的一种导电纤维的制备方法为：首先配制石墨烯衍生物溶液，然后将石墨烯衍生物溶液涂布在选定的高分子纤维表面形成复合纤维，随后在设定气氛下使得复合纤维以设定速度运动通过微波加热区并使得其表面石墨烯衍生物被微波进行设定时间的短暂加热处理，随后复合纤维离开微波加热区并被冷却,最后复合纤维通过挤压处理即可获得具有良好导电能力的石墨烯层包覆的导电高分子纤维。其中：所述石墨烯衍生物是指石墨烯的氧化物，包括氧化石墨烯和还原氧化石墨烯及石墨烯边缘衍生物。所述高分子纤维在涂布石墨烯衍生物前进行耐温处理。所述石墨烯衍生物被微波短暂加热处理是指石墨烯衍生物吸收微波而升温并导致氧化的石墨烯被还原，而石墨烯边缘衍生物则发生脱边缘官能团的反应；所述短暂加热是指复合纤维以设定速度通过一定尺寸的微波加热区而确定加热时间，时间少于10秒。所述设定气氛是指惰性气氛、还原性气氛或者真空状态。所述惰性气氛是指气体不与石墨烯衍生物反应的气体，如氮气、氦气、氩气；还原性气氛是指气体中含有还原石墨烯衍生物的气体，如氢气、醇类、烷烃类气体；真空状态是指气压小于4KPa，相对真空度小于-20KPa。所述复合纤维离开微波加热区并被冷却是指通过冷的氛围而冷却复合纤维。所述微波短暂加热处理，随后复合纤维离开微波加热区并被冷却,最后复合纤维通过挤压处理的过程重复以多次高温处理石墨烯衍生物涂层。所述将石墨烯衍生物溶液涂布在选定的高分子纤维表面形成复合纤维，随后在设定气氛下使得复合纤维以设定速度运动通过微波加热区并使得其表面石墨烯衍生物被微波进行设定时间的短暂加热处理，随后复合纤维离开微波加热区并被冷却,最后复合纤维通过挤压处理的系列过程可以重复多次，即可以多次涂布石墨烯衍本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导电纤维的制备方法，其特征在于，首先配制石墨烯衍生物溶液，然后将石墨烯衍生物溶液涂布在选定的高分子纤维表面形成复合纤维，随后在设定气氛下使得复合纤维以设定速度运动通过微波加热区并使得其表面石墨烯衍生物层被微波进行设定时间的短暂加热处理，随后复合纤维离开微波加热区并被冷却,然后复合纤维通过挤压处理即可获得具有良好导电能力的石墨烯层包覆的导电高分子纤维。

【技术特征摘要】
1.一种导电纤维的制备方法，其特征在于，首先配制石墨烯衍生物溶液，然后将石墨烯衍生物溶液涂布在选定的高分子纤维表面形成复合纤维，随后在设定气氛下使得复合纤维以设定速度运动通过微波加热区并使得其表面石墨烯衍生物层被微波进行设定时间的短暂加热处理，随后复合纤维离开微波加热区并被冷却,然后复合纤维通过挤压处理即可获得具有良好导电能力的石墨烯层包覆的导电高分子纤维。2.根据权利要求1所述的一种导电纤维的制备方法，其特征在于所述石墨烯衍生物是指石墨烯的氧化物，包括氧化石墨烯和还原氧化石墨烯及石墨烯边缘衍生物。3.根据权利要求1所述的一种导电纤维的制备方法，其特征在于所述高分子纤维在涂布石墨烯衍生物前进行耐温处理。4.根据权利要求1所述的一种导电纤维的制备方法，其特征在于所述石墨烯衍生物被微波短暂加热处理是指石墨烯衍生物吸收微波而升温并导致氧化的石墨烯被还原，而石墨烯边缘衍生物则发生脱边缘官能团的反应；所述短暂加热是指复合纤维以设定速度通过一定尺寸的微波加热区而确定加热时间，时间少于10秒。5.根据权利要求1所述的一种导电纤维的制备方法，其特征在于所述设定气氛是指惰性气氛、还原性气氛或者真空状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：张继中，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32