[发明专利]一种石墨烯基中空纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯基中空纤维的制备方法，首次将热收缩性高分子纤维表面涂布石墨烯基材料层形成核为高分子纤维壳为石墨烯基材料层的复合纤维后，利用复合纤维中核层高分子纤维与壳层石墨烯基材料热收缩率差异的特性在加热至核层高分子纤维收缩超过2％而壳层石墨烯基材料加热体积变化不大情况下将二者分离，随后将核层收缩的高分子纤维从复合纤维中取出即可获得石墨烯基中空纤维。该方法使用易得、与纺织工业兼容且可以回收利用的热收缩高分子纤维为模板制备石墨烯基中空纤维不仅方便环保而且易于制备包括多根石墨烯基纤维丝束及异形结构的石墨烯基纤维等特点，因此有助于石墨烯基中空纤维的进一步推广应用。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种石墨烯基中空纤维的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种导电材料，其优异的力学性质(杨氏模量高达1.0TPa)、电学性质(电子迁移率高达10⁶cm².v^-1s^-1)、热学性质(热导系数高达5000w.m^-1.k^-1)、光学性质(单层石墨烯的可见光吸收仅有2.3％和优异的锁模特性)，超大的理论比表面积(2630m².g^-1)及单片层结构赋予其独特的化学和电化学活性使得石墨烯在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有重大的应用前景。由石墨烯构建的石墨烯中空纤维在保持石墨烯固有特性的基础上还具有良好的柔韧性，较高的表面积，因而在包括电极材料、储能材料、催化材料等领域有着潜在应用价值并受到人们的高度关注。目前人们主要开发了以铜线上沉积石墨烯然后牺牲铜线法及还原氧化石墨烯通过同轴纺丝法制备石墨烯中空纤维，然而这两种方法存在的牺牲法价格昂贵及同轴纺丝法因为需要氧化石墨烯与凝固材料结合产生较大的体积变化而表面较为粗糙的问题，因此迫切需要开发新的石墨烯中空纤维的技术。本申请首次在国际上提出基于高分子纤维热收缩的特性，首先在高分子纤维上涂布石墨烯基材料层，然后加热使得核层的高分子纤维与壳层的石墨烯基材料层因为热收缩率不同而分离，随后将收缩的高分子纤维从石墨烯基中空纤维中取出而获得石墨烯基中空纤维的技术。该技术具有成本低廉，与纺织工业兼容，所制备的石墨烯基中空纤维可以利用纺织工业中的丝束及异形结构而获得丰富种类的石墨烯基中空纤维，因此有利于石墨烯基中空纤维的进一步发展和应用。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种石墨烯基中空纤维的制备方法，通过在热收缩高分子纤维表面涂布石墨烯基材料层，然后热分离高分子纤维而制备石墨烯基中空纤维，具有价格低廉，石墨烯基中空纤维与纺织工业兼容，易于制备包括丝束、异形结构的石墨烯基中空纤维等特点，因此有助于石墨烯基中空纤维的进一步发展及推广应用。

技术方案：本发明的一种石墨烯基中空纤维的制备方法首先制备石墨烯基材料溶液，然后将上述溶液涂布在选定的热收缩高分子纤维上获得核壳结构复合纤维，随后加热复合纤维使得壳层的石墨烯基材料层与核层的高分子纤维层分离，然后将高分子纤维抽取出来即获得石墨烯基中空纤维。

所述石墨烯基材料是指石墨烯及其衍生物；

所述热收缩高分子纤维是指在加热后纤维收缩率大于2％的高分子纤维。

所述溶液涂布是指浸涂或者喷涂至选定高分子纤维表面并随后干燥而获得固化的石墨烯基材料层。

所述加热复合纤维是指通过热空气或者包括水在内的热溶剂而加热复合纤维。

所述加热复合纤维使得壳层的石墨烯基材料层与核层的高分子纤维层分离是指加热使得核层的高分子纤维收缩超过2％，而壳层的石墨烯基材料层则受热体积变化不明显，使得核层的高分子纤维与壳层的石墨烯基材料层由于体积差异不能维持全接触并在物理作用下壳层与核层分离；

所述将高分子纤维抽取出来是指在壳层石墨烯基材料层与核层高分子纤维热分离后通过机械拉伸壳层及核层而将收缩的核层高分子纤维从壳层石墨烯基材料层内抽取出来或者将壳层的石墨烯基材料层从热收缩的高分子纤维上退出。