碳纳米管/石墨烯复合纤维及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种碳纳米管/石墨烯复合纤维及其制备方法，该制备方法包括：将具有含氧官能团的碳纳米管与石墨烯在溶液相中配制得到纺丝液；通过湿法纺丝工艺将所述纺丝液注入凝固浴中形成凝胶纤维；以及对所述凝胶纤维进行后处理，得到碳纳米管/石墨烯复合纤维。本发明专利技术所制备的碳纳米管/石墨烯复合纤维结构致密，具有优异的柔韧性和良好的导电、导热性，在高温下可稳定存在，在智能穿戴、电磁屏蔽、能源储存与转换等领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管/石墨烯复合纤维及其制备方法
本专利技术涉及石墨烯材料领域，特别涉及一种碳纳米管/石墨烯复合纤维及其制备方法。
技术介绍
石墨烯纤维凭借其在一维方向优异的导电、导热、轻质、高力学强度等特点，同时易于与已有的纺织技术相结合，在智能织物、可穿戴器件等领域有着广泛的应用前景。在湿法纺丝的过程中，作为构成石墨烯纤维的结构基元，石墨烯片层一般需配置成液晶相，经过管道收束、拉伸等一系列繁杂的处理步骤促进石墨烯在沿轴向取向排列，以保证石墨烯在一维方向更好的发挥其本征特性。在纺丝的过程中加入少量的碳纳米管，在碳纳米管的诱导下，石墨烯片层更易于在轴向方向取向排列；同时，加入的碳纳米管搭接在石墨烯片层之间也可进一步降低石墨烯片层之间的接触电阻。目前，制备碳纳米管/石墨烯复合纤维的方法包括在制备的石墨烯表面原位生长碳纳米管和利用石墨烯与碳纳米管混合纺丝两种方法等。CN110158308A公开了在湿法纺丝制备石墨烯纤维后，利用凝固浴中的催化离子催化纤维表面碳纳米管的生长，但这种方法制备的复合纤维在纺丝过程中石墨烯片层取向度有限，且碳纳米管至存在于纤维表面，纤维本征性能提升有限。CN107119346A公开了将石墨烯与碳纳米管混合后纺丝制备碳纳米管/石墨烯纤维，但由于石墨烯和碳纳米管水溶性较差，影响其在水溶液中的分散性，导致制备的纺丝液均匀性较差，需加入较多表面活性剂或强酸以稳定分散液，这将影响纤维性能。CN104036971A公开了将氧化石墨烯与羧化的碳纳米管混纺，制备的纤维还原后得到碳纳米管/石墨烯纤维，但由于原料氧化石墨烯和羧化的碳纳米管表面均有较多的氧化基团，还原过程需要更为苛刻的条件，造成还原成本较高且纤维表面氧化的缺陷难以完全还原。因而，发展一种步骤简单、成本低、性能好的纳米碳材料复合纤维是眼下一个重要的研究热点需注意的是，前述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本专利技术的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种步骤简单、成本低、性能好的制备碳纳米管/石墨烯复合纤维的方法。为实现上述目的，本专利技术所采用的方案为：一种碳纳米管/石墨烯复合纤维的制备方法，包括：将具有含氧官能团的碳纳米管与石墨烯混合在溶液相中配制得到纺丝液；通过湿法纺丝工艺将所述纺丝液注入凝固浴中形成凝胶纤维；以及对所述凝胶纤维进行后处理，得到。在一些实施例中，所述具有含氧官能团的碳纳米管选自羟基化碳纳米管、羧化碳纳米管、磺化的碳纳米管中的一种或多种，所述石墨烯选自液相剥离得到的石墨烯粉体，还原的氧化石墨烯，化学气相沉积制备的石墨烯薄膜、石墨烯粉体、垂直石墨烯阵列中的一种或多种。在一些实施例中，所述具有含氧官能团的碳纳米管与所述石墨烯的质量比为1:1-1:100。在一些实施例中，还包括向所述溶液相中加入质量分数为0.1％-10％的氯磺酸、发烟硫酸或透明质酸中的一种或多种。在一些实施例中，所述湿法纺丝工艺中纺丝速率为1-100cm/min，纺丝头直径为10-1000μm，所用的凝固浴选自CaCl2的水溶液、KOH的水溶液，CaCl2的乙醇溶液、KOH的乙醇溶液，丙酮、乙酸乙酯、氯仿、石油醚中的一种或多种。在一些实施例中，所述后处理选自水洗、热拉伸、牵引、还原、涂覆聚合物层中的一种或多种。在一些实施例中，所述还原选自化学试剂还原、电化学还原、高温还原中的一种。在一些实施例中，所述化学试剂还原中的还原剂选自碘化氢、NaBH4、LiAlH4、水合肼中的一种或多种。另一方面，本专利技术还提供一种碳纳米管/石墨烯复合纤维，其是根据上述制备方法制得。本专利技术所制备的碳纳米管/石墨烯复合纤维结构致密，具有优异的柔韧性和良好的导电、导热性，在高温下可稳定存在，在智能穿戴、电磁屏蔽、能源储存与转换等领域具有广阔的应用前景。附图说明图1A为实施例1中复合纤维的扫描电子显微镜图像。图1B为实施例1中复合纤维的拉曼光谱图。图1C为实施例1中复合纤维在氮气氛围下的热重曲线。图2A为实施例2中复合纤维的扫描电子显微镜图像。图2B为实施例2中复合纤维的拉曼光谱图。图3A为实施例3中复合纤维的扫描电子显微镜图像。图3B为实施例3中复合纤维的拉曼光谱图。图4为对比例1中石墨烯纤维的拉曼光谱图。具体实施方式下面根据具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明。本专利技术的保护范围不限于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本专利技术。本说明书提到的所有出版物、专利申请、专利和其它参考文献全都引于此供参考。除非另有定义，本说明书所用的所有技术和科学术语都具有本领域技术人员常规理解的含义。在有冲突的情况下，以本说明书的定义为准。当本说明书以词头“本领域技术人员公知”、“现有技术”或其同义词来导出材料、物质、方法、步骤、装置或部件等时，该词头导出的对象涵盖本申请提出时本领域常规使用的那些，但也包括目前还不常用，却将变成本领域公认为适用于类似目的的那些。在本说明书的上下文中，除了明确说明的内容之外，未提到的任何事宜或事项均直接适用本领域已知而无需进行任何改变的事宜。而且，本文描述的任何实施方式均可以与本文描述的一种或多种其他实施方式自由结合，由此而形成的技术方案或技术思想均视为本专利技术原始公开或原始记载的一部分，而不应被视为是本文未曾披露或预期过的新内容，除非本领域技术人员认为该结合是明显不合理的。本专利技术所公开的所有特征可以任意组合，这些组合应被理解为本专利技术所公开或记载的内容，除非本领域技术人员认为该组合明显不合理。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。在没有明确指明的情况下，本说明书内所提到的所有百分数、份数、比率等都是以重量为基准的，除非以重量为基准时不符合本领域技术人员的常规认识。虽然在实践或试验本专利技术中能用类似于或等同于本文所述的方法和材料，但适用的方法和材料已描述在本文中。根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提供一种碳纳米管/石墨烯复合纤维的制备方法，包括：将具有含氧官能团的碳纳米管与石墨烯混合在溶液相中配制得到纺丝液；通过湿法纺丝工艺将纺丝液注入凝固浴中形成凝胶纤维；以及对所述凝胶纤维进行后处理，得到碳纳米管/石墨烯复合纤维。本专利技术的制备方法中，是以两种碳纳米材料(碳纳米管与石墨烯)作为原料均匀分散后制成纺丝液，其中所用的碳纳米管具有含氧官能团，具体可选自羟基化碳纳米管、羧化碳纳米管、磺化的碳纳米管中的一种或多种，所用的石墨烯不含有含氧官能团，其可选自液相剥离得到的石墨烯粉体，还原的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管/石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于，包括：/n将具有含氧官能团的碳纳米管与石墨烯混合在溶液相中配制得到纺丝液；/n通过湿法纺丝工艺将所述纺丝液注入凝固浴中形成凝胶纤维；以及/n对所述凝胶纤维进行后处理，得到碳纳米管/石墨烯复合纤维。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管/石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于，包括：
将具有含氧官能团的碳纳米管与石墨烯混合在溶液相中配制得到纺丝液；
通过湿法纺丝工艺将所述纺丝液注入凝固浴中形成凝胶纤维；以及
对所述凝胶纤维进行后处理，得到碳纳米管/石墨烯复合纤维。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述具有含氧官能团的碳纳米管选自羟基化碳纳米管、羧化碳纳米管、磺化的碳纳米管中的一种或多种，所述石墨烯选自液相剥离得到的石墨烯粉体，还原的氧化石墨烯，化学气相沉积制备的石墨烯薄膜、石墨烯粉体、垂直石墨烯阵列中的一种或多种。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述具有含氧官能团的碳纳米管与所述石墨烯的质量比为1:1-1:100。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括向所述溶液相中加入质量分数为0.1％-10％的氯磺酸、发烟硫酸或透明质酸中的一种或多种。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠范，程熠，李隽良，王坤，陈珂，
申请(专利权)人：北京石墨烯研究院，北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11