一种在纤维表面生长复合石墨烯气凝胶的方法技术

一种在纤维表面生长复合石墨烯气凝胶的方法，本发明专利技术涉及一种在纤维表面生长气凝胶的方法。本发明专利技术要解决现有纤维表面改性中工艺流程复杂，设备成本较高，比表面积低的问题。方法：一、石墨烯分散液的制备；二、石墨烯水凝胶在纤维表面的生长；三、石墨烯气凝胶负载纤维的制备；四、复合石墨烯气凝胶负载纤维的制备，即完成一种在纤维表面生长复合石墨烯气凝胶的方法。本发明专利技术用于一种在纤维表面生长复合石墨烯气凝胶的方法。

A method of growing composite graphene aerogels on fiber surface

The invention relates to a method for growing composite graphene aerogel on fiber surface, and relates to a method for growing composite graphene aerogel on fiber surface. The invention aims to solve the problems of complicated process flow, high equipment cost and low specific surface area in the existing fiber surface modification. Methods: 1. Preparation of graphene dispersion solution; 2. Growth of graphene hydrogel on fiber surface; 3. Preparation of graphene Aerogel-Loaded fibers; 4. Preparation of composite graphene Aerogel-Loaded fibers, that is, a method to grow composite graphene aerogel on fiber surface. The invention relates to a method for growing composite graphene aerogels on the surface of fibers.

【技术实现步骤摘要】
一种在纤维表面生长复合石墨烯气凝胶的方法
本专利技术涉及一种在纤维表面生长气凝胶的方法。
技术介绍
化学纤维具有强度高、质轻、易洗快干、弹性好、不怕霉蛀等突出优点，因而在生产生活的各个领域得到了广泛的应用。随着科技的发展，已涌现出性能更加优异的特种合成纤维，如聚苯并咪唑纤维、芳纶、聚苯撑苯并二噁唑纤维等。然而，化学纤维表面较为光滑，功能基团含量较少，具有较高的表面惰性，从而限制了其在某些领域的应用。常用的纤维表面处理方法包括辐射处理、等离子体处理、偶联剂处理、化学处理及超临界处理等，其原理是通过增加纤维表面的粗糙度和功能基团的数量，提高纤维的表面活性。但上述方法的操作工艺复杂，所需设备成本较高，比表面积低，仅为10平方米每克到20平方米每克，从而限制了在纤维表面改性方法的应用。
技术实现思路
本专利技术要解决现有纤维表面改性中工艺流程复杂，设备成本较高，比表面积低的问题，而提供一种在纤维表面生长复合石墨烯气凝胶的方法。一种在纤维表面生长复合石墨烯气凝胶的方法是按以下步骤进行：一、石墨烯分散液的制备：将氧化石墨烯加入水中，得到氧化石墨烯分散液，然后向氧化石墨烯分散液中加入还原剂，超声处理1h～2h，得到石墨烯分散液；所述的氧化石墨烯与还原剂的质量比为1:(0.3～1)；所述的氧化石墨烯分散液的浓度为1mg/mL～10mg/mL；所述的还原剂为抗坏血酸、亚硫酸氢钠、乙二胺、水合肼或碘化氢；二、石墨烯水凝胶在纤维表面的生长：将抽提过的纤维或者预处理后的纤维置于超细管状模具中并固定纤维两端，然后将石墨烯分散液注入超细管状模具中，密封，然后在温度为20℃～180℃的条件下，水热还原2h～18h，将水热还原后的纤维水洗涤，得到石墨烯水凝胶负载的纤维；所述的超细管状模具内径为0.05mm～5mm；三、石墨烯气凝胶负载纤维的制备：将石墨烯水凝胶负载的纤维绕卷，干燥生成孔隙结构，得到石墨烯气凝胶负载纤维；四、复合石墨烯气凝胶负载纤维的制备：将功能材料配制成功能材料溶液，将石墨烯气凝胶负载纤维浸渍在功能材料溶液中1h～24h，取出后洗涤，得到石墨烯气凝胶复合纤维；所述的功能材料溶液浓度为0.1g/L～100g/L；所述的功能材料为金属有机骨架化合物、碳纳米管、小分子染料、金纳米粒子、聚苯胺、氧化硅、二氧化钛、氧化铝、碳化硅或氮化硅。本专利技术采用现有公开的方法制备氧化石墨烯，如申请号为201010561022.7的《石墨烯/TiO2基抗近红外/紫外辐射高分子复合薄膜及其制备方法》中记载的制备方法。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种工艺简单，制备高效，成本低廉的在纤维表面生长石墨烯气凝胶的方法。本专利技术将抽提过的纤维或者预处理后的纤维通过超细管状模具，在注入石墨烯分散液后进行原位水热反应，得到石墨烯水凝胶负载纤维。经由干燥，去除石墨烯水凝胶中的水分，得到石墨烯气凝胶负载纤维。将石墨烯气凝胶负载纤维置于纳米粒子或有机分子的溶液中，利用石墨烯气凝胶的强吸附性制得复合石墨烯气凝胶负载的纤维。本专利技术涉及的在纤维表面生长复合石墨烯气凝胶的方法工艺简单，成本低廉，可赋予纤维多种功能性，因而可大大拓宽了纤维的应用领域并提升其附加值。由于纤维是一种极细的材料，而通常情况下石墨烯气凝胶为三维体型材料，要想使石墨烯气凝胶均匀负载到纤维表面，并控制负载到纤维表面石墨烯气凝胶的厚度，本专利技术采用长径比极高的超细毛细管为模具，使石墨烯气凝胶在模具中定向生长，均匀地负载到纤维表面。通过BET测试本专利技术制备的石墨烯气凝胶复合纤维比表面积为100平方米每克～300平方米每克，大大提高了纤维的吸附性能。本专利技术制备的石墨烯气凝胶复合纤维单丝拉伸强度为4.8Gpa～5.1Gpa。本专利技术用于一种在纤维表面生长复合石墨烯气凝胶的方法。附图说明图1为实施例一制备的石墨烯气凝胶复合纤维的SEM图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的一种在纤维表面生长复合石墨烯气凝胶的方法是按以下步骤进行：一、石墨烯分散液的制备：将氧化石墨烯加入水中，得到氧化石墨烯分散液，然后向氧化石墨烯分散液中加入还原剂，超声处理1h～2h，得到石墨烯分散液；所述的氧化石墨烯与还原剂的质量比为1:(0.3～1)；所述的氧化石墨烯分散液的浓度为1mg/mL～10mg/mL；所述的还原剂为抗坏血酸、亚硫酸氢钠、乙二胺、水合肼或碘化氢；二、石墨烯水凝胶在纤维表面的生长：将抽提过的纤维或者预处理后的纤维置于超细管状模具中并固定纤维两端，然后将石墨烯分散液注入超细管状模具中，密封，然后在温度为20℃～180℃的条件下，水热还原2h～18h，将水热还原后的纤维水洗涤，得到石墨烯水凝胶负载的纤维；所述的超细管状模具内径为0.05mm～5mm；三、石墨烯气凝胶负载纤维的制备：将石墨烯水凝胶负载的纤维绕卷，干燥生成孔隙结构，得到石墨烯气凝胶负载纤维；四、复合石墨烯气凝胶负载纤维的制备：将功能材料配制成功能材料溶液，将石墨烯气凝胶负载纤维浸渍在功能材料溶液中1h～24h，取出后洗涤，得到石墨烯气凝胶复合纤维；所述的功能材料溶液浓度为0.1g/L～100g/L；所述的功能材料为金属有机骨架化合物、碳纳米管、小分子染料、金纳米粒子、聚苯胺、氧化硅、二氧化钛、氧化铝、碳化硅或氮化硅。石墨烯气凝胶是一种高强度的凝胶态物质，是一种多孔，高弹性的三维纳米碳材料。由于其超高的孔隙率和比表面积，石墨烯气凝胶具有超强的吸附性能，将其引入至纤维表面可显著改善纤维表面性质并赋予其功能性。与此同时，位于纤维表面的石墨烯气凝胶还可通过吸附不同的有机分子或者纳米粒子赋予纤维多种功能，实现其应用。本具体实施方式的有益效果是：本具体实施方式提供了一种工艺简单，制备高效，成本低廉的在纤维表面生长石墨烯气凝胶的方法。本具体实施方式将预处理后纤维通过超细管状模具，在注入石墨烯分散液后进行原位水热反应，得到石墨烯水凝胶负载纤维。经由干燥，去除石墨烯水凝胶中的水分，得到石墨烯气凝胶负载纤维。将石墨烯气凝胶负载纤维置于纳米粒子或有机分子的溶液中，利用石墨烯气凝胶的强吸附性制得复合石墨烯气凝胶负载的纤维。本具体实施方式涉及的在纤维表面生长复合石墨烯气凝胶的方法工艺简单，成本低廉，可赋予纤维多种功能性，因而可大大拓宽了纤维的应用领域并提升其附加值。由于纤维是一种极细的材料，而通常情况下石墨烯气凝胶为三维体型材料，要想使石墨烯气凝胶均匀负载到纤维表面，并控制负载到纤维表面石墨烯气凝胶的厚度，本具体实施方式采用长径比极高的超细毛细管为模具，使石墨烯气凝胶在模具中定向生长，均匀地负载到纤维表面。通过BET测试本具体实施方式制备的石墨烯气凝胶复合纤维比表面积为100平方米每克～300平方米每克，大大提高了纤维的吸附性能。本具体实施方式制备的石墨烯气凝胶复合纤维单丝拉伸强度为4.8Gpa～5.1Gpa。本具体实施方式步骤二中超细管状模具即为具有极大长径比的特殊水热反应釜，在上述条件下，石墨烯分散液即可生成水凝胶并负载至纤维表面。石墨烯水凝胶负载纤维缓慢通过水洗涤，以去除水热反应后残留的还原剂及其他杂质。本具体实施方式步骤三中干燥生成不同孔隙结构及孔径大小的石墨烯气凝胶负载纤维具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中所述的预处理后的纤维为引入羧基、羟基和氨基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在纤维表面生长复合石墨烯气凝胶的方法，其特征在于一种在纤维表面生长复合石墨烯气凝胶的方法是按以下步骤进行：一、石墨烯分散液的制备：将氧化石墨烯加入水中，得到氧化石墨烯分散液，然后向氧化石墨烯分散液中加入还原剂，超声处理1h～2h，得到石墨烯分散液；所述的氧化石墨烯与还原剂的质量比为1:(0.3～1)；所述的氧化石墨烯分散液的浓度为1mg/mL～10mg/mL；所述的还原剂为抗坏血酸、亚硫酸氢钠、乙二胺、水合肼或碘化氢；二、石墨烯水凝胶在纤维表面的生长：将抽提过的纤维或者预处理后的纤维置于超细管状模具中并固定纤维两端，然后将石墨烯分散液注入超细管状模具中，密封，然后在温度为20℃～180℃的条件下，水热还原2h～18h，将水热还原后的纤维水洗涤，得到石墨烯水凝胶负载的纤维；所述的超细管状模具内径为0.05mm～5mm；三、石墨烯气凝胶负载纤维的制备：将石墨烯水凝胶负载的纤维绕卷，干燥生成孔隙结构，得到石墨烯气凝胶负载纤维；四、复合石墨烯气凝胶负载纤维的制备：将功能材料配制成功能材料溶液，将石墨烯气凝胶负载纤维浸渍在功能材料溶液中1h～24h，取出后洗涤，得到石墨烯气凝胶复合纤维；所述的功能材料溶液浓度为0.1g/L～100g/L；所述的功能材料为金属有机骨架化合物、碳纳米管、小分子染料、金纳米粒子、聚苯胺、氧化硅、二氧化钛、氧化铝、碳化硅或氮化硅。...

【技术特征摘要】
1.一种在纤维表面生长复合石墨烯气凝胶的方法，其特征在于一种在纤维表面生长复合石墨烯气凝胶的方法是按以下步骤进行：一、石墨烯分散液的制备：将氧化石墨烯加入水中，得到氧化石墨烯分散液，然后向氧化石墨烯分散液中加入还原剂，超声处理1h～2h，得到石墨烯分散液；所述的氧化石墨烯与还原剂的质量比为1:(0.3～1)；所述的氧化石墨烯分散液的浓度为1mg/mL～10mg/mL；所述的还原剂为抗坏血酸、亚硫酸氢钠、乙二胺、水合肼或碘化氢；二、石墨烯水凝胶在纤维表面的生长：将抽提过的纤维或者预处理后的纤维置于超细管状模具中并固定纤维两端，然后将石墨烯分散液注入超细管状模具中，密封，然后在温度为20℃～180℃的条件下，水热还原2h～18h，将水热还原后的纤维水洗涤，得到石墨烯水凝胶负载的纤维；所述的超细管状模具内径为0.05mm～5mm；三、石墨烯气凝胶负载纤维的制备：将石墨烯水凝胶负载的纤维绕卷，干燥生成孔隙结构，得到石墨烯气凝胶负载纤维；四、复合石墨烯气凝胶负载纤维的制备：将功能材料配制成功能材料溶液，将石墨烯气凝胶负载纤维浸渍在功能材料溶液中1h～24h，取出后洗涤，得到石墨烯气凝胶复合纤维；所述的功能材料溶液浓度为0.1g/L～100g/L；所述的功能材料为金属有机骨架化合物、碳纳米管、小分子染料、金纳米粒子、聚苯胺、氧化硅、二氧化钛、氧化铝、碳化硅或氮化硅。2.根据权利要求1所述的一种在纤维表面生长复合石墨烯气凝胶的方法，其特征在于步骤二中所述的预处理后的纤维为引入羧基、羟基和氨基的纤维。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：胡桢，于龙，卢飞，张乾，李振奋，黄玉东，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23