[发明专利]石墨烯纤维及其制备方法

权利要求书

1.一种石墨烯纤维，其特征在于，包含：

多个石墨烯片，所述石墨烯片环绕一轴向方式相互交联堆叠，其中所述石墨烯片的厚度小于3nm。

2.如权利要求1所述的石墨烯纤维，其特征在于，该石墨烯纤维的直径小于100μm，长径比大于10，且该石墨烯纤维的碳氧元素比大于5。

3.如权利要求1所述的石墨烯纤维，其特征在于，该石墨烯纤维的导电度为10^-2至10³S／cm、热传导系数为90～1000W／mK、拉伸强度为100～1000MPa和杨氏模数为1～10GPa的石墨烯纤维；以拉曼光谱仪测量，显示该纤维由石墨烯结构组成，强度比例(I_D／I_G)为0.5～1.5，G band强度的比值(I_2D／I_G为0.1～1.2)。

4.一种石墨烯纤维的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

一石墨氧化步骤，氧化一石墨材料，而形成多个氧化石墨；

一分散步骤，将所述氧化石墨分散于水中，而形成一氧化石墨水溶液，所述氧化石墨的浓度为1-10mg／mL，且所述氧化石墨在该氧化石墨水溶液中，被形成为以一长轴方向平行配列的多个氧化石墨烯片；

一纺织步骤，将该氧化石墨水溶液以纺织方法注入一第二溶液中，使该氧化石墨水溶液与该第二溶液接触，以进行一水针纺丝法或一电纺丝法，该接触时间至少0.5小时，该第二液包含有至少一阳离子界面活性剂、至少一阳离子以及至少一酸性还原剂，使所述氧化石墨烯片之间产生化学键结，形成絮凝的效果，并于该第二溶液中形成一预还原石墨烯纤维，且该石墨烯片的平面皆平行于纤维的轴向；

一干燥步骤，将该预还原石墨烯纤维干燥，而形成一预还原石墨烯纤维固体；

一还原步骤，将该预还原石墨烯纤维固体在一保护气氛中进行热处理，而得到一石墨烯纤维，

其中所得到的该石墨烯纤维的直径小于100μm，长径比大于10，且该石墨烯纤维的碳氧元素比大于5。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该石墨材料选自天然石墨、膨胀石墨、人工石墨、石墨纤维、纳米碳管及中间相碳微球的至少其中之一。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该阳离子界面活性剂具有两端，该两端的一端具有一长碳链亲油基，其中另一端具有至少一氮原子、硫原子或磷原子的亲水基团。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该阳离子界面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、聚丙烯铣铵或十二烷基三甲基氯化铵的任一个或其组合。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该阳离子选自钾离子、钠离子、铜离子、钙离子、锌离子、镁离子、铁离子或铵离子的任一个或其组合。

9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该酸性还原剂选自抗坏血酸、柠檬酸、多酚、醋酸及氢卤酸的任一个或其组合。

10.如权利要求9所述的方法，其中该氢卤酸选自碘化氢及溴化氢的任一个或其组合。

11.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该热处理温度在300-1500℃的范围，且一热处理时间在10-120分钟的范围，且该热处理的保护气氛选自氦气、氩气及氮气的任一个或其组合。