[发明专利]一种有序多孔高导电石墨烯纤维及制备方法与应用

权利要求书

1.一种有序多孔高导电石墨烯纤维，其特征在于纤维电导率范围为10000～16000S/m；纤维直径控制在50～400微米范围内；纤维表面及内部具有均匀的多孔网络结构，其孔径分布范围为2～190nm，比表面积范围为150～350m²/g。

2.一种制备如权利要求1所述的有序多孔高导电石墨烯纤维的方法，其具体步骤如下：

1)以纯石墨粉为原料，由改进Hummers法制备氧化石墨烯悬浮液，经过洗涤、高速离心后得到10～25mg/mL的氧化石墨烯溶液；

2)取适量步骤1)中的氧化石墨烯溶液与刻蚀剂溶液通过超声混合，利用微流泵将上述混合溶液通入磁热微流控装置，加热刻蚀得到10～25mg/mL多孔氧化石墨烯溶液；

3)利用湿法纺丝的技术手段，将步骤2)中的多孔氧化石墨烯溶液注入湿纺凝固浴形成结构有序的多孔氧化石墨烯纤维，滚轴旋转收集，在50～100℃下干燥得到多孔氧化石墨烯纤维；

4)将干燥的多孔氧化石墨烯纤维置于管式炉中，在气体保护中煅烧至800～1300℃并保持恒温，得到有序多孔高导电石墨烯纤维。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤1)中的纯石墨粉规格为50～400目；所述高速离心的转速为8000～13000rpm，离心时间为30～60分钟。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤2)中的刻蚀剂为氢氧化钾、硝酸或过氧化氢中的一种；氧化石墨烯与刻蚀剂的质量比为10：(1～5)；步骤2)中所述的磁热微流控装置中的圆柱形微通道的管道内直径为400～800微米。

5.根据权力要求2所述的方法，其特征在于步骤2)所述的加热刻蚀温度为80～100℃；利用微流泵将混合溶液通入磁热微流控装置中溶液的流速为5～20mL/h。

6.根据权力要求2所述的方法，其特征在于步骤3)中所述的多孔氧化石墨烯溶液注入凝固浴的流速为20～50mL/h；凝固浴为CaCl₂、NaOH或CTAB溶液中的一种，凝固浴的浓度为0.5～1mol/L。

7.根据权力要求2所述的方法，其特征在于步骤4)中所述的气体为氩气、氮气或氢气中的一种或多种混合组成；步骤4)中的升温速率为3～10℃/min，保温时间为0.5h～2h。

8.一种如权利要求所述的有序多孔高导电石墨烯纤维在制备超级电容器的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其具体步骤如下：

将两根长度为3～8cm的有序多孔高导电石墨烯纤维平行固定于柔性基底上，，纤维之间相隔1～4mm，两根纤维相对突出的一端用导电银胶固定在铜箔上，凝胶电解质涂覆于纤维上，凝胶风干后得到有序多孔高导电石墨烯纤维状固态电解质超级电容器。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于所述的柔性基底为聚二甲基硅氧烷或聚对苯二甲酸乙二醇酯透明弹性塑料薄膜中的一种；所述的凝胶电解质为酸性凝胶电解质，所用的酸为磷酸或者硫酸，所用的凝胶电解质骨架聚合物为聚乙烯醇，酸在电解质层中的质量百分比为50～90％。