CN115748234A - 一种高强石墨烯材料的制备方法 - Google Patents
一种高强石墨烯材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115748234A CN115748234A CN202211461157.5A CN202211461157A CN115748234A CN 115748234 A CN115748234 A CN 115748234A CN 202211461157 A CN202211461157 A CN 202211461157A CN 115748234 A CN115748234 A CN 115748234A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene oxide
- graphene
- stretching
- fiber
- glycol
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 133
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 131
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 53
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 44
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 10
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 8
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 7
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 7
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229940071870 hydroiodic acid Drugs 0.000 claims description 6
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 claims description 5
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 4
- UWHCKJMYHZGTIT-UHFFFAOYSA-N Tetraethylene glycol, Natural products OCCOCCOCCOCCO UWHCKJMYHZGTIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 claims description 3
- JLFNLZLINWHATN-UHFFFAOYSA-N pentaethylene glycol Chemical compound OCCOCCOCCOCCOCCO JLFNLZLINWHATN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 3
- ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N triethylene glycol Chemical compound OCCOCCOCCO ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- TXUICONDJPYNPY-UHFFFAOYSA-N (1,10,13-trimethyl-3-oxo-4,5,6,7,8,9,11,12,14,15,16,17-dodecahydrocyclopenta[a]phenanthren-17-yl) heptanoate Chemical compound C1CC2CC(=O)C=C(C)C2(C)C2C1C1CCC(OC(=O)CCCCCC)C1(C)CC2 TXUICONDJPYNPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N (2s)-2,6-diaminohexanoic acid;(2s)-2-hydroxybutanedioic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O.NCCCC[C@H](N)C(O)=O NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N 0.000 claims description 2
- 229910021626 Tin(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 2
- IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N hydrazine monohydrate Substances O.NN IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000010378 sodium ascorbate Nutrition 0.000 claims description 2
- PPASLZSBLFJQEF-RKJRWTFHSA-M sodium ascorbate Substances [Na+].OC[C@@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1[O-] PPASLZSBLFJQEF-RKJRWTFHSA-M 0.000 claims description 2
- 229960005055 sodium ascorbate Drugs 0.000 claims description 2
- PPASLZSBLFJQEF-RXSVEWSESA-M sodium-L-ascorbate Chemical compound [Na+].OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1[O-] PPASLZSBLFJQEF-RXSVEWSESA-M 0.000 claims description 2
- 235000011150 stannous chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000001119 stannous chloride Substances 0.000 claims description 2
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 claims 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 abstract description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 9
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 5
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 abstract description 5
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 19
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 10
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 6
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 6
- 230000001112 coagulating effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000003958 fumigation Methods 0.000 description 3
- 238000009998 heat setting Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- 238000002166 wet spinning Methods 0.000 description 3
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 2
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical group [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004976 Lyotropic liquid crystal Substances 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910000365 copper sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 1
- 229940085805 fiberall Drugs 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种通过离子交联，得到高强石墨烯材料的方法。本发明基于金属离子与氧化石墨烯的配位交联作用，增强氧化石墨烯层间交联，提供较强层间作用力，使其能承受较大拉伸载荷以使得氧化石墨烯片层平直排列，从而赋予石墨烯材料高强度和高模量的优异性能，具有广泛应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料领域，尤其是一种高强石墨烯材料的制备方法。
背景技术
2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯。石墨烯是由碳原子以sp2杂化轨道组成的二维单原子层蜂窝状周期点阵结构晶体，厚度仅有0.35nm。石墨烯独特的结构赋予了其优异的性质，具有极好的力学性能、极大的比表面积、极大的载流子迁移率、极高的热导率等优势。由石墨烯纳米片层组装得到石墨烯纤维，可以实现石墨烯在纳米尺度优异的特性传递到宏观尺度。随着材料体系的逐步优化和制备工艺的日渐完善，石墨烯纤维有望发展成为结构-功能一体化的纤维材料，被应用于更广阔的领域。
氧化石墨烯作为石墨烯的重要衍生物，因其易于宏量制备以及独特的溶液加工性，引起了工业界的关注。2011年，浙江大学高超教授团队基于氧化石墨烯的溶致液晶现象，利用湿法纺丝的方式制备出了氧化石墨烯纤维。目前，湿法纺丝法因其操作简单、效率高、可规模化等特点，成为应用最普遍的石墨烯纤维制备方法。但是通过液晶湿法纺丝得到的初生纤维在凝固阶段不免会引入不规则褶皱等结构缺陷，纤维中的大尺寸褶皱在拉伸过程中易发生应力集中，而小尺寸褶皱数量多，大小不一，往往难以调控，在以往弱塑化体系下氧化石墨烯层间距扩展有限，应力作用下形变能力弱，难以实现微米级褶皱的彻底消除。这些结构上的缺陷将始终存在于纤维内部，经过化学还原及热处理等过程后最终继承到石墨烯纤维上，这极大地影响了石墨烯纤维材料的综合性能。此外，对于氧化石墨烯膜而言，现有的方法大多是基于刮涂法和抽滤法进行制备，而此两种方法会给膜表面和内部带来大量的褶皱和孔隙，对其力学等性能带来损害，是阻碍二维石墨烯片优异性能向宏观材料传递的一大难题。
发明内容
为了克服上述现有的技术缺陷，本发明的目的在于提供一种高强石墨烯材料的制备方法。本发明基于金属离子溶液对氧化石墨烯进行溶胀并且提供配位交联作用从而大大增强层间的作用力以及取向度，得到了少褶皱的高取向氧化石墨烯材料；进一步的，通过化学还原后处理得到均匀褶皱的高性能石墨烯功能材料。
本发明采用以下技术方案：一种氧化石墨烯材料的制备方法，包括以下过程：将氧化石墨烯宏观材料置于金属盐溶液中进行1～5秒浸泡处理随后再拉伸处理，得到氧化石墨烯水凝胶；其中，金属盐的浓度为0.2～2mol/L，金属盐的溶剂可以为水、乙酸、乙醇、甲醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、三乙二醇、四乙二醇、五乙二醇或其他混合溶剂；拉伸率为40-60％，持续拉伸3-5s，以保持氧化石墨烯片层平直排列；该步骤中保持均匀外力，使石墨烯片层保持平直排列，层间距减小，同时塑化浴中的金属离子会对氧化石墨烯片层上边缘的羧基官能团发生配位交联作用，将粘性滑移流动结构转变为弹性结构，大幅减少了层间滑移从而可以提供更强的层间作用力，赋予了氧化石墨烯片层承受更大载荷的能力；在大载荷拉伸下，石墨烯片层的微褶皱舒展，石墨烯片层平直排列，干燥后得到去褶皱的氧化石墨烯材料。
进一步地，所述步骤(1)中，所述金属盐为氯化钙、氯化镁、硫酸铜、氯化铁、氯化铝等。金属盐对于氧化石墨烯片层间提供配位交联作用。
本发明所述氧化石墨烯宏观材料为氧化石墨烯纤维(不仅限于氧化石墨烯纤维单丝，还可用于氧化石墨烯纤维丝束)、氧化石墨烯膜。
进一步地，拉伸浴为极性至少大于乙酸乙酯的极性，包括但不限于乙酸、乙醇、甲醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、三乙二醇、四乙二醇、五乙二醇或其他混合溶剂。
进一步地，还包括将所述去褶皱的氧化石墨烯材料进行还原处理。所述还原为化学还原，化学还原所采用的试剂为氢碘酸、水合肼、抗坏血酸钠、氯化亚锡等。
本发明的有益效果在于：在含有金属离子的塑化浴中对氧化石墨烯水凝胶进行塑化拉伸处理，基于金属盐对氧化石墨烯片层间的配位交联特点，能与氧化石墨烯片层边缘的羧基官能团进行配位交联，增强层间的作用力，使其内部片层能承受较大拉伸载荷以使得氧化石墨烯片层平直排列，获得高取向和规则微褶皱的结构，从而赋予其高模量和高弹性的优异性能。
附图说明
图1为实施例1和对比例1的产物SEM以及强度和模量的对比，a1和a2分别为实施例1中石墨烯纤维的表面和截面；b1和b2分别为对比例1中石墨烯纤维的表面和截面；c中左侧虚线表示的为实施例1和对比例1的石墨烯纤维的强度对比，c中右侧虚线表示的为实施例1和对比例1的石墨烯纤维的模量对比。
图2为实施例2和对比例2的产物SEM对比，a为实施例2中石墨烯纤维丝束的表面；b为对比例2中石墨烯纤维丝束的表面。
图3为实施例3和对比例3的产物SEM以及强度的对比，a1和a2分别为实施例3中石墨烯膜的表面和断裂面；b1和b2分别为对比例3中石墨烯膜的表面和断裂面；c为实施例3石墨烯膜(GP-Ca2+)和石墨烯膜(GP-Ethanol)的强度；
图4为实施例4不同塑化浴中离子对于氧化石墨烯纤维的最大拉伸率对比，纵坐标为拉伸率。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1：
(1)将8mg/g的DMF相氧化石墨烯纺丝液挤出进入乙酸乙酯的凝固浴中，经过湿法液晶纺丝得到初生氧化石墨烯纤维；
(2)将步骤1中的初生氧化石墨烯纤维，浸入1M CaCl2溶液中(溶剂为水和乙醇体积比1:1)使其塑化1s，此阶段氧化石墨烯片层层间距增加至2.1nm；
(3)将步骤2的氧化石墨烯纤维进行拉伸，拉伸率为55％，保持拉伸5s；
(4)将步骤3中的塑化拉伸后的氧化石墨烯纤维，浸入含有水和乙醇体积比为3:1的水洗浴中进行氧化石墨烯纤维表面Ca2+的洗涤去除，在这一阶段，纤维需保持原来的张力；
(5)将步骤4中的洗涤后的氧化石墨烯纤维进行热定型，并经过氢碘酸和乙酸(1:3)85℃熏蒸还原处理得到高强度的石墨烯纤维。
经过力学测试，该石墨烯纤维的强度达到1.82GPa。
对比例1
(1)将8mg/g的DMF相氧化石墨烯纺丝液挤出进入乙酸乙酯的凝固浴中，经过湿法液晶纺丝得到初生氧化石墨烯纤维；
(2)将步骤1中的初生氧化石墨烯纤维，浸入水和乙醇体积比为1:1的溶液中使其塑化1s，此阶段氧化石墨烯片层层间距增加至1.5nm；
(3)将步骤2的氧化石墨烯纤维进行拉伸，最大拉伸率为20％，保持拉伸5s；
(4)将步骤3中的氧化石墨烯纤维进行热定型，并经过氢碘酸和乙酸(1:3)85℃熏蒸还原处理得到石墨烯纤维。
经过力学测试，该石墨烯纤维的强度达到0.78GPa。
实施例1和对比例1的产物SEM见图1a和1b，从图中可以看出随着拉伸率提高，纤维表面的褶皱更加平滑，截面更加致密和规整，对于力学传导具有非常优异的效果。其力学性能图分别见图1c，从图中可以看出经过离子交联的石墨烯纤维相较于未经交联的石墨烯纤维，其强度提升了133％，模量提升了192％。
实施例2：
(1)将20mg/g的DMF相氧化石墨烯纺丝液通过由100孔，孔径120微米的喷丝板挤出进入乙酸乙酯的凝固浴中，经过湿法液晶纺丝得到初生氧化石墨烯纤维丝束；
(2)将步骤1中的100根氧化石墨烯纤维丝束牵引至2M MgCl2溶液中(溶剂为水和乙醇体积比1:1)浸泡5s，使得纤维丝束发生溶胀交联；
(3)对步骤2中氧化石墨烯纤维丝束进行正牵伸，拉伸率10％，保持拉伸5s；
(4)将步骤3中氧化石墨烯纤维丝束牵出，浸入含有水和乙醇体积比为3:1的水洗浴中进行氧化石墨烯纤维表面Mg2+的洗涤去除，在这一阶段，纤维需保持原来的张力；
(5)将步骤4中氧化石墨烯纤维丝束干燥收集并且化学还原，得到均匀取向的石墨烯纤维丝束。
对比例2：
(1)将20mg/g的DMF相氧化石墨烯纺丝液通过由100孔，孔径120微米的喷丝板挤出进入乙酸乙酯的凝固浴中，经过湿法液晶纺丝得到初生氧化石墨烯纤维丝束；
(2)将步骤1中的100根氧化石墨烯纤维丝束牵引至水和乙醇体积比为1:1的溶液中浸泡5s，使得纤维丝束发生溶胀；
(3)对步骤2中氧化石墨烯纤维丝束进行正牵伸，拉伸率5％，保持拉伸5s；
(5)将步骤3中氧化石墨烯纤维丝束干燥收集并且化学还原，得到石墨烯纤维丝束。
实施例2和对比例2产物SEM见图2a和2b，从图中可以看出经过经过交联的石墨烯纤维丝束的表面更加均匀，缺陷也更加少，从而强度更加优异。
实施例3：
(1)通过铺膜干燥的方法得到氧化石墨烯薄膜，并且将其裁成长度为10mm，宽度为4mm的长条状；
(2)将步骤1中的氧化石墨烯薄膜，浸入到2M AlCl3的溶液中(溶剂为：水和乙醇体积比1:1)浸泡2s，使溶液充分渗透入氧化石墨烯宏观膜的层间；
(3)将步骤2中溶胀后的氧化石墨烯薄膜两端施加轴向拉力，在上述塑化拉伸浴的作用下，氧化石墨烯宏观膜材料具有13％的拉伸率；
(4)将步骤3中拉伸后的氧化石墨烯宏观膜材料固定不动，用水和乙醇体积比为3:1的水洗浴进行膜表面Al3+的洗涤去除，在此过程中，膜始终处于紧绷状态，随后自然干燥，干燥过程中，施加外力保持当前长度；
(5)将步骤4的膜进行氢碘酸和乙醇(1:3)的化学还原，得到高强度的石墨烯膜。
经过力学性能测试，经过交联后的石墨烯膜的强度达到843MPa.
对比例3：
(1)通过铺膜干燥的方法得到氧化石墨烯薄膜，并且将其裁成长度为10mm，宽度为4mm的长条状；
(2)将步骤1中的氧化石墨烯薄膜，浸入到水和乙醇体积比为1:1的溶液的塑化拉伸浴中2s，使溶液充分渗透入氧化石墨烯宏观膜的层间；
(3)将步骤2中溶胀后的氧化石墨烯薄膜两端施加轴向拉力，在上述塑化拉伸浴的作用下，氧化石墨烯宏观膜材料具有7％的拉伸率；
(4)将步骤3中拉伸后的氧化石墨烯宏观膜材料进行氢碘酸和乙醇(1:3)的化学还原，得到高强度的石墨烯膜。
经过力学性能测试，经过交联后的石墨烯膜的强度达到468MPa。
实施例3和对比例3的产物SEM见图3a和3b，从图中可以看出随着拉伸率提高，石墨烯膜表面的随机褶皱被进一步消除，并具有塑性断裂的两个重要特征，即纤维状塑性取向、近45°剪切变形，对于力学传导具有非常优异的效果。其力学性能图分别见图3c，从图中可以看出经过离子交联的石墨烯膜相较于未经交联的石墨烯膜，其强度提升了80％。
实施例4：
(1)将8mg/g的DMF相氧化石墨烯纺丝液挤出进入乙酸乙酯的凝固浴中，经过湿法液晶纺丝得到初生氧化石墨烯纤维；
(2)将步骤1中的初生氧化石墨烯纤维，分别浸入到0.2M FeCl3溶液中(溶剂为水和乙醇体积比1:3)、1M AlCl3溶液中(溶剂为水和乙醇体积比1:1)、0.5M CuSO4溶液中(溶剂为水和乙醇体积比1:3)、2M MgCl2溶液中(溶剂为水和乙醇体积比1:1)、1M CaCl2溶液中(溶剂为水和乙醇体积比1:1)使其塑化1s。
(3)将步骤2的不同塑化浴中氧化石墨烯纤维进行拉伸，最大拉伸率分别达到20％、30％、33％、35％以及55％，保持拉伸5s；
(4)将步骤3中的塑化拉伸后的氧化石墨烯纤维，浸入含有水和乙醇体积比为3:1的水洗浴中进行氧化石墨烯纤维表面金属离子的洗涤去除，在这一阶段，纤维需保持原来的张力；
(5)将步骤4中的洗涤后的氧化石墨烯纤维进行热定型，并经过氢碘酸和乙酸(1:3)85℃熏蒸还原处理得到高强度的石墨烯纤维。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种高强石墨烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下过程：
(1)将氧化石墨烯宏观材料置于金属盐溶液中进行1～5秒浸泡处理随后再拉伸处理，得到氧化石墨烯水凝胶；其中，金属盐的浓度为0.2～2mol/L，金属盐的溶剂为极性溶剂；拉伸率为20-60％，持续拉伸3-5s，以保持氧化石墨烯片层平直排列；
(2)干燥后得到去褶皱的氧化石墨烯材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述金属盐为Ca2+、Mg2+、Cu2+、Fe3+、Al3+的盐。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯宏观材料为氧化石墨烯纤维、氧化石墨烯膜。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，金属盐溶液所采用的溶剂为：乙酸、乙醇、甲醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、三乙二醇、四乙二醇、五乙二醇或其他混合溶剂。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，还包括将所述去褶皱的氧化石墨烯材料进行还原处理。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述还原为化学还原，化学还原所采用的试剂为氢碘酸、水合肼、抗坏血酸钠、氯化亚锡等。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211461157.5A CN115748234A (zh) | 2022-11-21 | 2022-11-21 | 一种高强石墨烯材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211461157.5A CN115748234A (zh) | 2022-11-21 | 2022-11-21 | 一种高强石墨烯材料的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115748234A true CN115748234A (zh) | 2023-03-07 |
Family
ID=85334381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211461157.5A Pending CN115748234A (zh) | 2022-11-21 | 2022-11-21 | 一种高强石墨烯材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115748234A (zh) |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102534865A (zh) * | 2012-01-05 | 2012-07-04 | 浙江大学 | 一种离子增强石墨烯纤维及其制备方法 |
| CN102534868A (zh) * | 2011-12-26 | 2012-07-04 | 浙江大学 | 一种高强度宏观石墨烯导电纤维的制备方法 |
| CN106120025A (zh) * | 2016-07-02 | 2016-11-16 | 苏州大学 | 一种石墨烯纤维及其制备方法 |
| CN106948165A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-07-14 | 浙江大学 | 一种自融合石墨烯纤维及其制备方法 |
| CN107151835A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-09-12 | 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 |
| CN108707998A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-10-26 | 杭州牛墨科技有限公司 | 一种褶皱的石墨烯纤维和石墨烯纤维无纺布及其制备方法 |
| CN110938898A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-03-31 | 杭州高烯科技有限公司 | 一种石墨烯纤维的制备方法 |
| CN111979609A (zh) * | 2020-09-22 | 2020-11-24 | 杭州高烯科技有限公司 | 一种大直径石墨烯纤维的制备方法 |
| CN112030268A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-12-04 | 南通大学 | 一种连续式石墨烯干湿联合纺丝方法 |
| CN113151935A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-07-23 | 浙江大学 | 一种兼具高强度与高韧性的石墨烯材料及其制备方法 |
| CN115341307A (zh) * | 2022-09-23 | 2022-11-15 | 内蒙古大学 | 一种高取向度氧化石墨烯纤维及其制备方法 |
| WO2022236510A1 (zh) * | 2021-05-08 | 2022-11-17 | 浙江大学 | 一种兼具高强度与高韧性的石墨烯材料及其制备方法 |
-
2022
- 2022-11-21 CN CN202211461157.5A patent/CN115748234A/zh active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102534868A (zh) * | 2011-12-26 | 2012-07-04 | 浙江大学 | 一种高强度宏观石墨烯导电纤维的制备方法 |
| CN102534865A (zh) * | 2012-01-05 | 2012-07-04 | 浙江大学 | 一种离子增强石墨烯纤维及其制备方法 |
| CN106120025A (zh) * | 2016-07-02 | 2016-11-16 | 苏州大学 | 一种石墨烯纤维及其制备方法 |
| CN106948165A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-07-14 | 浙江大学 | 一种自融合石墨烯纤维及其制备方法 |
| CN107151835A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-09-12 | 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 |
| CN108707998A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-10-26 | 杭州牛墨科技有限公司 | 一种褶皱的石墨烯纤维和石墨烯纤维无纺布及其制备方法 |
| CN110938898A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-03-31 | 杭州高烯科技有限公司 | 一种石墨烯纤维的制备方法 |
| CN112030268A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-12-04 | 南通大学 | 一种连续式石墨烯干湿联合纺丝方法 |
| CN111979609A (zh) * | 2020-09-22 | 2020-11-24 | 杭州高烯科技有限公司 | 一种大直径石墨烯纤维的制备方法 |
| CN113151935A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-07-23 | 浙江大学 | 一种兼具高强度与高韧性的石墨烯材料及其制备方法 |
| WO2022236510A1 (zh) * | 2021-05-08 | 2022-11-17 | 浙江大学 | 一种兼具高强度与高韧性的石墨烯材料及其制备方法 |
| CN115341307A (zh) * | 2022-09-23 | 2022-11-15 | 内蒙古大学 | 一种高取向度氧化石墨烯纤维及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103603088B (zh) | 一种剑鞘型结构的导电纤维及其制备方法 | |
| CN105603582B (zh) | 一种高强度连续石墨烯纤维及其制备方法 | |
| CN110982114B (zh) | 芳纶/碳纳米管杂化气凝胶薄膜、其制备方法及应用 | |
| CN107059251B (zh) | 具有润湿梯度的单向导湿纳米纤维多层复合膜的制备方法 | |
| WO2018210027A1 (zh) | 一种柔性石墨烯纤维及其连续化制备方法 | |
| US11486086B2 (en) | Self-fused graphene fiber and method of preparing the same | |
| JP6004507B2 (ja) | グラフェン繊維およびその形成方法 | |
| CN103726133B (zh) | 高强度、紧凑有序多孔石墨烯纤维及其连续制备方法 | |
| CN105648579A (zh) | 一种超细石墨烯纤维及其制备方法 | |
| CN104211056B (zh) | 一种高强度石墨烯膜的制备方法 | |
| WO2016127465A1 (zh) | 一种高强聚丙烯腈纳米复合纤维的制备方法 | |
| CN110725024A (zh) | 一种纤维状光热转换材料的制备方法 | |
| KR20170121504A (ko) | 전계유도 습식 방사 공정을 이용한 그래핀산화물 섬유, 그래핀 섬유, 그래핀 또는 그래핀(산화물) 복합 섬유의 제조방법 | |
| CN111394833B (zh) | 碳纳米管/石墨烯复合纤维及其制备方法 | |
| CN105970350A (zh) | 一种可拉伸聚合物复合材料的制备方法及其应用 | |
| CN107177892B (zh) | 一种基于碳纳米材料的核壳结构纤维及其制备方法 | |
| CN113913970A (zh) | 一种高性能纳米碳纤维及其连续制备的方法 | |
| CN111074380B (zh) | 一种氧化石墨烯/聚丙烯酸钠的拉伸流体及其在制备石墨烯中的应用 | |
| KR101928911B1 (ko) | 전계유도 습식 방사 공정을 이용한 그래핀산화물 섬유, 그래핀 섬유, 그래핀 또는 그래핀(산화물) 복합 섬유의 제조방법 | |
| Sun et al. | High performance carbon nanotube/polymer composite fibers and water-driven actuators | |
| CN105821524A (zh) | 一种改性碳纳米管/石墨烯-树脂导电纤维的制备方法 | |
| CN111334897A (zh) | 一种碳纳米基纤维、其制备方法及应用 | |
| CN104451959A (zh) | 一种表面多孔高比表面积的石墨烯纤维及其制备方法 | |
| CN110327789B (zh) | 一种碳纳米管/纳米纤维导电复合膜及其制备方法 | |
| Qin et al. | Structure evolution and performance of poly (vinyl alcohol) fibers with controllable cross-section fabricated using a combination of melt-spinning and stretching |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |