[发明专利]一种高规整度掺杂石墨烯碳纳米纤维的制备方法及其应用

权利要求书

1.一种高规整度掺杂石墨烯碳纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将配制得到的纺丝溶液进行静电纺丝处理，然后将获得的纳米纤维毡依次通过热牵伸、预氧化、碳化和石墨化处理即得；

其中，所述纺丝溶液具体配制方法为：将丙烯腈与掺杂的石墨烯材料在水中混合均匀，用过硫酸铵或过硫酸铵-亚硫酸铵复合引发体系引发聚合反应，将产物溶于有机溶剂得纺丝溶液进行后续处理。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯材料的添加量占聚丙烯腈的0.01-20wt％；

优选的，石墨烯材料粒径控制在0.5-5μm之间。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，聚合反应温度控制在40-80℃；所得产物中聚丙烯腈的分子量控制在50000-500000；

所述有机溶剂包括二甲基亚砜、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺；

纺丝溶液浓度控制为5-50wt％。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝中，针头直径控制为0.1-1mm，控制电场强度为50-150kV/m；

优选的，在静电纺丝过程中，将制备的得到的纳米纤维均匀分布于收丝辊上，控制收丝辊转速为100-1000rpm。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在热牵伸过程中，在纤维两端加力在100-150℃下对纤维进行牵伸，牵伸倍数控制在1.5-4之间。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预氧化条件具体包括：在空气介质中进行预氧化处理，预氧化温度为150-300℃，预氧化时间30-120min。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳化条件具体包括：在惰性气体保护下或真空状态下于1000-1600℃进行热处理，碳化时间为5-20min。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨化条件具体包括：在惰性气体保护或真空状态下与2000-3500℃进行石墨化处理，石墨化时间30-150s。

9.权利要求1-8任一项所述制备方法制得的高规整度掺杂石墨烯碳纳米纤维。

10.权利要求9所述高规整度掺杂石墨烯碳纳米纤维在如下任意一种或多种中的应用：

a)作为储氢材料和/或制备储氢材料；

b)作为高容量电极材料和/或制备高容量电极材料；

c)作为高性能复合材料和/或制备高性能复合材料。