[发明专利]一种碳纤维与石墨烯复合的高强度多孔材料和气体扩散层及其制备方法

权利要求书

1.一种碳纤维与石墨烯组合形成的气体扩散层，其特征在于，其包括碳纤维单丝与石墨烯复合形成的多孔透气的导电碳材料层，孔隙率≥70％；所述导电碳材料层包括支撑层和在支撑层上的微孔层。

2.根据权利要求1所述的气体扩散层，其特征在于，所述的支撑层包括碳纤维单丝与大石墨烯复合形成的多孔材料层，其中大石墨烯为1-5个石墨烯原子层，单微片石墨烯的面积大于50平方微米。

3.根据权利要求1或2所述的气体扩散层，其特征在于，所述的碳纤维单丝直径为5-7微米，长度大于10厘米。

4.根据权利要求1所述的气体扩散层，其特征在于，所述微孔层是石墨烯层，由包括大石墨烯、小石墨烯和带空洞的石墨烯的原料形成；其中大石墨烯为1-5个石墨烯原子层，单微片石墨烯的面积大于50平方微米；小石墨烯为1-9个石墨烯原子层，其单片的长和宽都小于1微米；带空洞的石墨烯为单片石墨烯的面上有1-300纳米大小的空洞。

5.一种碳纤维与石墨烯复合的气体扩散层的多孔支撑层，其特征在于，石墨烯吸附锚定碳纤维丝，丝与丝的交叉点覆盖石墨烯，形成多孔框架结构；支撑层拉伸强度≥100Mpa，孔隙率≥70％，能卷对卷地收放和成卷搬运；优选地，所述的石墨烯为大石墨烯，所述大石墨烯为1-5个石墨烯原子层，单微片石墨烯的面积大于50平方微米。

6.一种石墨烯与碳纤维丝复合的导热导电的碳材料，其特征在于，其包括碳纤维丝与石墨烯复合形成的多孔材料层，所述碳材料平行导热系数≥100W/(m·K)，拉伸强度≥120Mpa。

7.一种碳纤维丝与石墨烯组合的多孔导热的薄碳层单丝层，其特征在于，其包括碳纤维单丝与石墨烯复合形成的多孔材料层，所述多孔材料层厚度≤20微米，孔隙率≥70％，拉伸强度≥200Mpa，平行导热系数≥20W/(m·K)。

8.一种碳纤维丝与石墨烯复合的气体扩散层，其特征在于，所述气体扩散层具有层状网络透气结构，孔径梯度分布，孔径由毫米级到微米级到纳米级的层状梯度分布，毫米级与微米级孔由碳纤维丝与石墨烯复合而成，而纳米级孔由石墨烯构成，碳纤维丝与丝的间距和密度呈层状梯度分布，每层碳纤维单丝的面密度由每平方厘米20根单丝到500根单丝，层与层之间面密度从高到低单向排列。

9.根据权利要求1-4任一项所述的气体扩散层或权利要求5所述的支撑层，其特征在于，液体与碳纤维丝的界面作用力，驱动碳纤维束分丝展丝，形成丝与丝网络结构结合层，其面积相对于碳纤维丝束扩大20倍以上。

10.一种纤维丝束分丝的方法，其特征在于，通过液膜的延展来把束分成单丝，形成浸润单丝的液膜(简称丝-液膜)，丝与丝组成网络并液膜润湿覆盖，丝-液膜的面积相对于原丝束的面积扩大到10倍以上。

11.根据权利要求2或4所述的气体扩散层或权利要求5所述的支撑层，其特征在于，所述的大石墨烯具有晶体特征，碳元素的含量≥88wt％，具有含氧的化学官能团和含碳氧氢的固态电解质界面，能分散于水、醇和二甲基甲酰胺DMF中形成浆料，浆料能喷涂能涂布成膜和涂层，干燥后能自吸成膜，石墨烯膜厚度1-5微米时，拉伸强度≥30MPa。