【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高导电石墨烯织物及其制备方法。
技术介绍
1、新型碳基织物在生物传感，电子皮肤等领域发挥着重要的作用，如何制备出高导电高柔韧性的超薄碳基织物成为亟待解决的问题。其中碳材料本质的导电性以及组成织物的纤维搭接形式成为影响碳基织物导电性的两大主要因素。
2、石墨烯是由sp2杂化的碳原子组成的单分子层，其理论导电性高达108s/m。因此，被认为是制备高导电织物的理想材料之一。但是，由于静电纺丝过程中的“第二瑞利不稳定性”，导致石墨烯片拓扑组装成中空的纤维结构，这种非致密结构严重影响了石墨烯织物的导电性。以及石墨烯纳米纤维间的随机搭接，使石墨烯织物在面垂直方向上的呈现出较差的导电性能。
3、seung kwon seol团队使用3d超细针头打印技术制备出致密的石墨烯纳米纤维并具有较高的导电性和力学强度，但是因所制备出的纳米纤维存在纤维内石墨烯片取向差，纤维表面褶皱较多等问题，导致纳米纤维内石墨烯片间的空穴密度减少，阻碍电子传输，导致纤维电阻增加；另外这种褶皱也减小了织物中纤维间的纤维接触密度，对于制备高导电织物有很不好的影响。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高导电石墨烯织物及其制备方法。
2、本专利技术的技术方案为：一种高导电石墨烯基纤维织物，包括石墨烯复合纤维，所述石墨烯复合纤维包括石墨烯，以及掺杂在石墨烯层间并沿纤维轴向方向取向的碳纳米管cnt。本专利技术通过cnt的有效掺杂，一方面cnt较大的长径
3、本专利技术还提供上述高导电石墨烯织物的制备方法，该方法包括：
4、(1)以碳纳米管、氧化石墨烯和聚合物的混合分散液为纺丝液，进行静电纺丝，并采用圆环收集，得到纤维膜；其中，cnt和go的质量比为1：1-1：4，聚合物在混合分散液中的质量分数为0.5％-1％；
5、(2)溶胀融合处理：用质量分数为90％乙醇水溶液静置浸泡3h，使用四氟乙烯膜捞出烘干，得到复合氧化石墨烯织物。
6、(3)碳化处理：复合氧化石墨烯织物用hi蒸汽还原后，进行800摄氏度碳化处理1小时，得到高导电石墨烯织物。
7、纺丝液“泰勒锥”受电场力高倍拉伸，随着液流逐渐变细，比表面积增加，纺丝液中的溶剂水快速挥发，石墨烯复合纤维快速固化成型。在这一过程中，溶剂的挥发会使氧化石墨烯片在范德华力的影响下相互作用，同时溶剂的不均匀挥发，会使石墨烯片受应力应变不均匀，表现出氧化石墨烯纤维干燥收缩，纤维表面出现褶皱以及纤维异形不圆润。这种形貌结构严重影响氧化石墨烯复合纤维及其织物的性能。本专利技术在纺丝液体系中引入cnt，由于cnt具有较高的机械强度和杨式模量以及较大的长径比，使cnt在引导石墨烯高取向的同时，一方面还可以填充氧化石墨烯纤维内部的氧化石墨烯片间以及溶剂挥发形成的空穴，减弱氧化石墨烯纤维干燥收缩时引起的纤维法向受力不均匀，抑制纤维异形结构，使纤维更加圆润，有利于石墨烯织物层内导电性能提高。另一方面，cnt受范德华力可吸附在纤维表面，改善氧化石墨烯纤维表面褶皱沟壑，使纤维表面更加光滑，在溶胀溶合后，石墨烯织物内纤维间有效搭接增加，有利于石墨烯织物层间导电性能提升，最终制备出高导电石墨烯织物。
8、进一步地，所述cnt和go在混合分散液中的质量分数分别为：0.11％-0.13％，0.11％-0.47％。这种组分下的分散液可保持有较好的拉伸性能,能满足静电纺丝的需求，制备出纤维形貌均匀的石墨烯织物，并且cnt可以高效的提升石墨烯织物的导电性。较少的cnt无法有效填充与连接石墨烯片，导致无法高效提升石墨烯织物导电性；较多的cnt导致溶液拉伸性能差，无法满足静电纺丝需求，无法制备出维形貌均匀的石墨烯织物。
9、进一步地，所述氧化石墨烯的尺寸为5-20um。这种尺寸下的氧化石墨烯片更容易在表面张力下实现弯折堆叠成纤维，制备出纤维形貌均匀的石墨烯织物。较小的石墨烯片无法制备出连续的石墨烯纤维，进而无法组装成石墨烯织物；较大的石墨烯在表面张力下难以实现弯曲折叠成纤维，进而无法组装成石墨烯织物。
10、进一步地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管，长度2-50um，直径1-2nm，电导率大于105。具有较大的长径比的单壁碳纳米管弯曲刚度低，可较好的填充于纤维内部与表面，并可以增强石墨烯片间导电性能，提高石墨烯织物导电性。
11、进一步地，所述聚合物重均分子量大于106，为聚丙烯酸钠，pva、peo中的一种或多种。分子量较高的聚合物可提供足够的连缠结，改善溶液拉伸性能，制备出纤维形貌均匀的石墨烯织物。
12、进一步地，所述圆环为金属圆环、石墨圆环中的一种。可获取规则的织物图案更方便进行处理。其中石墨环作为接收器减少了织物转移步骤，保证织物的结构稳定。
13、进一步地，静电纺丝的腔体温度40-45摄氏度，湿度10-20％；，挤出速率为0.01±0.002ml/min，圆环与金属针头距离为20±5cm，纺丝机电压为10-20kv。这种腔体条件下可获得形貌均匀的氧化石墨烯复合纤维织物。
14、进一步地，所述纺丝液通过如下方法制备：
15、(1)将0.15g cnt加入98.5g水中，并加入0.06g表面活性剂，摇晃均匀后，使用细胞破碎仪超声处理2-3h，制备成0.15％的cnt溶液；
16、(2)取20g cnt溶液，加入6g 20.0mg/g的go溶液，并加入0.026g表面活性剂，行星混匀机搅拌均匀；
17、(3)在cnt/go溶液中再加入0.256g聚合物，使溶液中聚合物含量为1％，机械搅拌24-48h至完全溶解并分散均匀，制备成纺丝液。
18、进一步地，表面活性剂为triton-x100，sds中的一种。
19、本专利技术的有益效果在于：在800摄氏度碳化处理后,石墨烯复合织物导电率高达1×104s/m。
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1.一种高导电石墨烯基纤维织物，其特征在于，包括石墨烯复合纤维，所述石墨烯复合纤维包括石墨烯，以及掺杂在石墨烯层间并沿纤维轴向方向取向的CNT。
2.一种高导电石墨烯织物的制备方法，其特征在于，该方法为：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述CNT和GO在混合分散液中的质量分数分别为：0.11％-0.13％，0.11％-0.47％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的尺寸为5-20um。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管，长度2-50um，直径1-2nm，电导率大于10^5S/m。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物重均分子量大于106，为聚丙烯酸钠，PVA、PEO中的一种或多种。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述圆环为金属圆环、石墨圆环中的一种。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，静电纺丝的腔体温度40-45摄氏度，湿度10-20％；，挤出速率为0.01±0.00
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述纺丝液通过如下方法制备：
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，表面活性剂为Triton-X100、SDS中的一种。
...【技术特征摘要】
1.一种高导电石墨烯基纤维织物，其特征在于，包括石墨烯复合纤维，所述石墨烯复合纤维包括石墨烯，以及掺杂在石墨烯层间并沿纤维轴向方向取向的cnt。
2.一种高导电石墨烯织物的制备方法，其特征在于，该方法为：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述cnt和go在混合分散液中的质量分数分别为：0.11％-0.13％，0.11％-0.47％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的尺寸为5-20um。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管，长度2-50um，直径1-2nm，电导率大于10^5s/m。
6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：李拯，韩占坡，罗诗雨，李楷文，
申请(专利权)人：浙江大学杭州国际科创中心，
类型：发明
国别省市：
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