高强度、紧凑有序多孔石墨烯纤维及其连续制备方法

摘要

本发明属于纳米技术领域，具体涉及一种高强度、紧凑有序多孔石墨烯纤维及其制备方法。本发明将石墨进行氧化制备氧化石墨，在水中分散剥离配制氧化石墨烯分散液，添加碱液调节pH值，获得纺丝液，然后将纺丝液挤出到凝固浴中固化，经拉伸后引出凝固浴，进行干燥、卷绕获得多孔氧化石墨烯纤维，最后采用化学或物理方法进行还原，获得紧凑有序多孔石墨烯纤维。本发明得到的石墨烯纤维具有紧凑有序的多孔结构，孔径大小和取向可调，纤维截面呈异形结构，表面粗糙结构丰富，且具有良好的强度和导电性能，在能源器件、电化学传感器和水处理等领域有广泛的应用。本发明提供的方法操作简便、成本低、效率高，纤维结构和性能可控，能够实现连续规模化制备。

主权项

一种高强度、紧凑有序多孔石墨烯纤维的连续制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1）：将石墨添加到含有氧化剂和助氧化剂的浓硫酸溶液中，在20～50 ℃下氧化1～72h，经洗涤、分离和干燥获得氧化石墨；步骤2）：将步骤1）所得氧化石墨加到中性或碱性水中，经混合分散处理配制质量浓度为0.1%～20%氧化石墨烯水溶液，并添加碱液调节pH值为4～13，经过过滤除杂和脱泡后作为纺丝液；步骤3）：将步骤2）所得纺丝液通过孔径为20μm～2mm、长径比大于0.2的毛细管或喷丝板，以0.1～100 m/min的速度挤出到凝固浴中固化成纤维，经加热干燥、卷绕收集得到氧化石墨烯纤维；步骤4）：将步骤3）所得氧化石墨烯纤维经过化学或物理方法还原，获得高强度紧凑有序多孔石墨烯纤维；所述高强度、紧凑有序多孔石墨烯纤维，纤维强度大于90 MPa；石墨烯层片基本沿纤维轴向取向，层片之间的距离小于1微米；纤维密度在0.2～1.8 g/cm³之间；电导率大于1 S/cm；所述步骤3）中的拉伸是通过凝固浴平行流动、凝固浴旋转流动和导辊牵引丝条三种方式中的一种实现的，其拉伸速率与挤出速率之比为0.2～3；所述的干燥方式为远红外辐射干燥、热槽加热、热风加热中的一种或几种的组合。