CN105803602A - 石墨烯膜加捻成型法制备石墨烯纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯膜加捻成型法制备石墨烯纤维的方法，用化学气相沉积法或真空加热铜箔的方法在铜箔表面制备铜箔负载石墨烯薄膜卷材；将铜箔负载石墨烯薄膜卷材导入温度为60-90℃的水中，石墨烯薄膜同铜箔发生分离，得到石墨烯薄膜；铜箔收卷回收，石墨烯薄膜经聚集加捻装置加捻成石墨烯纤维，同时输出到卷绕成型装置，直接制成带捻度的石墨烯纤维筒子。该方法操作过程简便，利用现有纺织设备直接实现石墨烯纤维的制备，成本低，可以大量连续生产；本发明制得的石墨烯纤维具有捻度、层间结合紧密、外表及内部结构均匀，机械性能优秀，柔性好，可弯曲，可在氧化石墨烯薄膜分切前涂敷纳米功能材料，得到纳米功能的复合石墨烯纤维。
Description
技术领域
本发明属于石墨烯材料制备技术领域，具体涉及一种石墨烯膜加捻成型法制备石墨烯纤维的方法，所述方法为干法纺丝法。
背景技术
石墨烯作为所有碳材料的最基本结构单元，具有真正的单原子层厚度和严格的二维结构，具有很高的机械强度、弹性、导热性、电子迁移率（100,000cm2·V-1·s-1）以及量子霍尔效应等。自从2010年英国科学家安德列杰姆和克斯特亚诺沃塞诺发现石墨烯而获得诺贝尔奖以来，石墨烯研究达到前所未有的研究高潮，越来越多的研究发现，石墨烯可用于场效应晶体管、高频器件、超级微处理器和单分子探测器等。而由石墨烯为基本单元构成的三维结构材料，如薄膜和块状材料，可应用于可控透气性膜、各向异性离子传导体、超级电容器、锂离子电池以及能源催化等功能材料领域。
从实际应用角度考虑，将纳米石墨烯材料转变为宏观结构材料中无疑是非常有价值的研究方向。石墨烯研究和应用中的一个主要难题是石墨烯宏观结构的有效组装，目前比较成功的组装是得到三维结构的薄膜和块状。在组装宏观结构为一维结构的石墨烯方面；虽然目前已有制备得到石墨烯纤维，但是，由于石墨烯本身的溶解度低以及粘性差，所以难以制备高强度石墨烯纤维。
目前，国内外科研工作者分别通过不同的方法制备出了石墨烯纤维。浙江大学高超等人以及中国科技大学俞书宏等人选用不同沉淀剂通过湿纺-还原两步法得到了石墨烯纤维。北京理工大学曲良体等人通过在玻璃管中高温水热反应得到了石墨烯纤维。曲良体等的文献报道，该文献公开将氧化石墨烯溶液注入到内部装有铜丝的毛细管中，进行水热合成石墨烯/铜丝的纤维，冷却后将铜丝除去得到中空的石墨烯微纳米管，该方法制备的石墨烯微纳米管有一定的柔韧度，但是不能连续化生产，只能得到石墨烯微纳米管，不能得到氧化石墨烯中空纤维，而且该方法后续处理和除杂操作均耗时很长，有待改进或发展新方法。
近几年，专利CN201180020978.9用于纺制石墨烯带纤维的工艺，公开了碳纳米管展开为石墨烯带的方法；201410016557.4、CN201210001537.0（由大尺寸氧化石墨烯片制备高强度导电石墨烯纤维的方法）、CN201210001524.3（一种高强度石墨烯有序多孔纤维及其制备方法）、CN201210017773.1（一种石墨烯纤维的制备方法）、CN201210001536.6（一种离子增强石墨烯纤维及其制备方法）、CN201110441254.3（一种高强度宏观石墨烯导电纤维的制备方法）等公开了不同的湿法纤维制备方法；CN201310064816.6（石墨烯/TiO2纤维的制备方法）公开了湿法制备参杂氧化钛的工艺；CN201110098809.9（电纺-水热法制备石墨烯/陶瓷纳米晶颗粒复合材料的方法）公开了湿法静电纺丝的方法；CN200580000581.8（具有多种结构的微细碳纤维）公开了轴向垂直的微细碳纤维的性能；因此一种能高效利用现有、成熟、传统工业化设备，简便的一步法以及低温、温和地制备石墨烯纤维的方法有待开发，以便更好的大规模应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于为了克服现有技术中采用湿法制备石墨烯纤维的制备方法需要烘干耗能大、工艺复杂的缺陷，提供了一种干法制备石墨烯纤维的方法。本发明的制备方法操作简单，条件温和，原材料成本低；利用本发明所述的方法制备得到的石墨烯纤维，结构均匀，机械性能优异，易功能化。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种涂布法制备石墨烯纤维的方法，步骤如下：
一种石墨烯膜加捻成型法制备石墨烯纤维的方法，步骤如下：
（1）用化学气相沉积法或真空加热铜箔的方法在铜箔表面制备铜箔负载石墨烯薄膜卷材；
（2）将铜箔负载石墨烯薄膜卷材导入温度为60-90℃的水中，由于温度的驱使，铜箔表面附载的石墨烯与铜箔间的力不足以使石墨烯保留在铜箔表面，石墨烯薄膜同铜箔发生分离，得到石墨烯薄膜；
（3）铜箔收卷回收，石墨烯薄膜经聚集加捻装置加捻成石墨烯纤维或丝或纱或线，同时输出到卷绕成型装置，直接制成一定卷装容量的带捻度的石墨烯纤维/丝/纱/线筒子。
所述步骤（1）中用真空加热铜箔的方法在铜箔表面制备铜箔负载石墨烯薄膜卷材的工艺为：以铜箔为催化剂，在1020-1069℃的条件下加热催化剂使碳源蒸汽在催化剂表面形成需要厚度的石墨烯薄膜。
所述步骤（3）中聚集加捻装置采用环锭法、包缠法、气流纺法或喷气纺法，优选为喷气纺法。经加捻，将自由水挤压出纤维，加捻同步增加石墨烯片层的结合牢度，解决了其他方法制备石墨烯纤维强度提高不大的问题。
向步骤（2）中的石墨烯薄膜表层涂加纳米功能颗粒、纳米功能溶液/乳液，纳米材料前驱体乳液/溶液，制备得到功能化的氧化石墨烯和石墨烯纤维。
本发明的有益效果：1.本发明提供了一种氧化石墨烯纤维的干法制备方法，该方法操作过程简便，利用现有纺织设备直接实现石墨烯纤维的制备，经合理的设计和匹配相应的成熟配件，用纯净的氧化石墨烯复合薄膜可以直接得到石墨烯纤维，不需要后续处理和除杂；可大量获得石墨烯纤维，在设备许可的范围内，就可以快速制备出长达几万米长的石墨烯纤维，并形成特定的卷装，便于下一步的工业化应用；2.利用的构筑材料氧化石墨烯来源广泛，成本低，可以大量连续生产；3.本发明制得的石墨烯纤维具有捻度，石墨烯片层间结合紧密，石墨烯纤维外表及内部结构均匀，机械性能优秀，柔性好，可弯曲；4.本发明提供了石墨烯膜加捻成型法制备石墨烯纤维的方法，可在氧化石墨烯薄膜分切前涂敷纳米功能材料，得到含均匀分布的纳米功能的原位修饰的复合石墨烯纤维。
说明书附图
图1为本发明石墨烯膜加捻成型法制备石墨烯纤维的工艺流程图。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合具体实施例对本发明做进一步详细描述。
实施例1
经CVD法在幅宽50厘米的铜箔表面制备铜箔负载石墨烯薄膜卷材1，将该铜箔卷材导入温度为90℃的水池5中，石墨烯薄膜将同铜箔发生分离，以0.1米/每分钟的速度收卷回收铜箔2，石墨烯薄膜经聚集加捻装3加捻成捻度为1000捻/10厘米，直径70μm的石墨烯纤维4，加捻同步增加石墨烯片层的结合牢度，解决了其他方法制备石墨烯纤维强度提高不大的问题，同时输出到卷绕成型装置，直接制成一定卷装容量的带捻度的石墨烯纤维筒子。
实施例2
利用CVD装置加热铜箔到1060度的方法在幅宽100厘米的铜箔表面制备铜箔负载石墨烯薄膜卷材，将该铜箔卷材导入温度为80℃的水中，石墨烯薄膜将同铜箔发生分离，以0.01米/每分钟的速度收卷回收铜箔，石墨烯薄膜经环锭纺聚集加捻装置加捻成捻度为2000捻/10厘米，直径120μm的丝。加捻同步增加石墨烯片层的结合牢度，解决了其他方法制备石墨烯纤维强度提高不大的问题；同时输出到卷绕成型装置，直接制成一定卷装容量的带捻度的石墨烯纤维筒子。
实施例3
经真空加热铜箔到1060度的方法在幅宽120厘米的铜箔表面制备铜箔负载石墨烯薄膜卷材，将该铜箔卷材导入温度为90℃的水中，石墨烯薄膜将同铜箔发生分离，以0.01米/每分钟的速度收卷回收铜箔，石墨烯薄膜经喷气纺聚集加捻装置加捻成捻度为2000捻/10厘米，直径150μm的的丝，三根丝并捻成210μm的线。加捻同步增加石墨烯片层的结合牢度，解决了其他方法制备石墨烯纤维强度提高不大的问题；同时输出到卷绕成型装置，直接制成一定卷装容量的带捻度的石墨烯纤维筒子。
实施例4
本实施例的石墨烯膜加捻成型法制备石墨烯纤维的方法，步骤如下：
（1）以铜箔为催化剂，在1020℃的条件下加热催化剂铜箔使碳源蒸汽在催化剂铜箔表面形成需要厚度的石墨烯薄膜，在铜箔表面制备铜箔负载石墨烯薄膜卷材；
（2）将铜箔负载石墨烯薄膜卷材导入温度为60℃的水中，由于温度的驱使，铜箔表面附载的石墨烯与铜箔间的力不足以使石墨烯保留在铜箔表面，石墨烯薄膜同铜箔发生分离，得到石墨烯薄膜；
（3）向步骤（2）中的石墨烯薄膜表层涂加纳米功能颗粒，铜箔收卷回收，石墨烯薄膜经环锭法加捻成石墨烯纤维，同时输出到卷绕成型装置，直接制成一定卷装容量的带捻度的石墨烯纤维筒子。
实施例5
本实施例的石墨烯膜加捻成型法制备石墨烯纤维的方法，步骤如下：
（1）用化学气相沉积法或真空加热铜箔的方法以铜箔为催化剂，在1069℃的条件下加热催化剂使碳源蒸汽在催化剂表面形成需要厚度的石墨烯薄膜，在铜箔表面制备铜箔负载石墨烯薄膜卷材；
（2）将铜箔负载石墨烯薄膜卷材导入温度为90℃的水中，由于温度的驱使，铜箔表面附载的石墨烯与铜箔间的力不足以使石墨烯保留在铜箔表面，石墨烯薄膜同铜箔发生分离，得到石墨烯薄膜；
（3）铜箔收卷回收，石墨烯薄膜经气流纺法加捻成石墨烯纤维或长丝，或纱或线，同时输出到卷绕成型装置，直接制成一定卷装容量的带捻度的石墨烯纤维/丝筒子。
实施例6
本实施例的石墨烯膜加捻成型法制备石墨烯纤维的方法，步骤如下：
（1）用化学气相沉积法或真空加热铜箔的方法以铜箔为催化剂，在1050℃的条件下加热催化剂使碳源蒸汽在催化剂表面形成需要厚度的石墨烯薄膜，在铜箔表面制备铜箔负载石墨烯薄膜卷材；
（2）将铜箔负载石墨烯薄膜卷材导入温度为80℃的水中，由于温度的驱使，铜箔表面附载的石墨烯与铜箔间的力不足以使石墨烯保留在铜箔表面，石墨烯薄膜同铜箔发生分离，得到石墨烯薄膜；
（3）铜箔收卷回收，石墨烯薄膜经喷气纺法加捻成石墨烯纤维或丝或纱或线，同时输出到卷绕成型装置，直接制成一定卷装容量的带捻度的石墨烯纤维/丝/纱/线筒子。
Claims (4)
1.一种石墨烯膜加捻成型法制备石墨烯纤维的方法，其特征在于步骤如下：
（1）用化学气相沉积法或真空加热铜箔的方法在铜箔表面制备铜箔负载石墨烯薄膜卷材；
（2）将铜箔负载石墨烯薄膜卷材导入温度为60-90℃的水中，石墨烯薄膜同铜箔发生分离，得到石墨烯薄膜；
（3）铜箔收卷回收，石墨烯薄膜经聚集加捻装置加捻成石墨烯纤维，同时输出到卷绕成型装置，直接制成带捻度的石墨烯纤维筒子。
2.根据权利要求1所述的石墨烯膜加捻成型法制备石墨烯纤维的方法，其特征在于：所述步骤（1）中用真空加热铜箔的方法在铜箔表面制备铜箔负载石墨烯薄膜卷材的工艺为：以铜箔为催化剂，在1020-1069℃的条件下加热催化剂使碳源蒸汽在催化剂表面形成需要厚度的石墨烯薄膜。
3.根据权利要求1所述的石墨烯膜加捻成型法制备石墨烯纤维的方法，其特征在于：所述步骤（3）中聚集加捻装置采用环锭法、包缠法、气流纺法或喷气纺法。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的石墨烯膜加捻成型法制备石墨烯纤维的方法，其特征在于：向步骤（2）中的石墨烯薄膜表层涂加纳米功能颗粒、纳米功能溶液/乳液，纳米材料前驱体乳液/溶液，制备得到功能化的氧化石墨烯和石墨烯纤维。
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|---|---|
| CN (1) | CN105803602B (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107034552A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-08-11 | 信阳师范学院 | 石墨烯纤维及其制备方法 |
| CN108035140A (zh) * | 2017-11-22 | 2018-05-15 | 东莞市明骏智能科技有限公司 | 一种石墨烯基复合纤维织物的生产工艺 |
| CN108327359A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-07-27 | 四川省安德盖姆石墨烯科技有限公司 | 一种石墨烯睡袋 |
| WO2018210027A1 (zh) * | 2017-05-19 | 2018-11-22 | 杭州高烯科技有限公司 | 一种柔性石墨烯纤维及其连续化制备方法 |
| CN108910870A (zh) * | 2018-07-20 | 2018-11-30 | 西安交通大学 | 一种cvd石墨烯的无污染转移工艺获得氧化石墨烯与石墨烯复合结构的复合薄膜及方法 |
| CN108903560A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-11-30 | 四川省安德盖姆石墨烯科技有限公司 | 一种石墨烯远红外发热地毯的制备方法 |
| CN111439746A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-07-24 | 东华大学 | 一种扭转角度可控的单层石墨烯折叠结构制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0967423A2 (de) * | 1998-06-27 | 1999-12-29 | Sgl Technik Gmbh | Packungsgarn aus Graphit- und Metallfolie |
| CN103086370A (zh) * | 2013-01-22 | 2013-05-08 | 东北大学 | 一种石墨烯条带的低温化学气相沉积制备方法 |
| CN103263860A (zh) * | 2013-05-26 | 2013-08-28 | 北京工商大学 | 一种聚氟乙烯分离膜的制备方法 |
| CN103613927A (zh) * | 2013-11-26 | 2014-03-05 | 哈尔滨工业大学 | 一种聚酰亚胺/氟化石墨烯复合薄膜及其制备方法 |
| CN104003380A (zh) * | 2014-06-09 | 2014-08-27 | 黑龙江奥星能源科技有限公司 | 一种超薄石墨纸和氧化石墨烯的复合薄膜的制备方法 |
-
2015
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0967423A2 (de) * | 1998-06-27 | 1999-12-29 | Sgl Technik Gmbh | Packungsgarn aus Graphit- und Metallfolie |
| CN103086370A (zh) * | 2013-01-22 | 2013-05-08 | 东北大学 | 一种石墨烯条带的低温化学气相沉积制备方法 |
| CN103263860A (zh) * | 2013-05-26 | 2013-08-28 | 北京工商大学 | 一种聚氟乙烯分离膜的制备方法 |
| CN103613927A (zh) * | 2013-11-26 | 2014-03-05 | 哈尔滨工业大学 | 一种聚酰亚胺/氟化石墨烯复合薄膜及其制备方法 |
| CN104003380A (zh) * | 2014-06-09 | 2014-08-27 | 黑龙江奥星能源科技有限公司 | 一种超薄石墨纸和氧化石墨烯的复合薄膜的制备方法 |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107034552A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-08-11 | 信阳师范学院 | 石墨烯纤维及其制备方法 |
| CN107034552B (zh) * | 2016-12-05 | 2019-04-02 | 信阳师范学院 | 石墨烯纤维及其制备方法 |
| WO2018210027A1 (zh) * | 2017-05-19 | 2018-11-22 | 杭州高烯科技有限公司 | 一种柔性石墨烯纤维及其连续化制备方法 |
| CN108035140A (zh) * | 2017-11-22 | 2018-05-15 | 东莞市明骏智能科技有限公司 | 一种石墨烯基复合纤维织物的生产工艺 |
| CN108035140B (zh) * | 2017-11-22 | 2020-12-11 | 东莞市光钛科技有限公司 | 一种石墨烯基复合纤维织物的生产工艺 |
| CN108327359A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-07-27 | 四川省安德盖姆石墨烯科技有限公司 | 一种石墨烯睡袋 |
| CN108903560A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-11-30 | 四川省安德盖姆石墨烯科技有限公司 | 一种石墨烯远红外发热地毯的制备方法 |
| CN108910870A (zh) * | 2018-07-20 | 2018-11-30 | 西安交通大学 | 一种cvd石墨烯的无污染转移工艺获得氧化石墨烯与石墨烯复合结构的复合薄膜及方法 |
| CN108910870B (zh) * | 2018-07-20 | 2020-10-27 | 西安交通大学 | 一种cvd石墨烯的无污染转移工艺获得氧化石墨烯与石墨烯复合结构的复合薄膜及方法 |
| CN111439746A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-07-24 | 东华大学 | 一种扭转角度可控的单层石墨烯折叠结构制备方法 |
| CN111439746B (zh) * | 2020-05-20 | 2021-07-23 | 东华大学 | 一种扭转角度可控的单层石墨烯折叠结构制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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