[发明专利]一种导电的高强度的聚合物接枝石墨烯层状纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物接枝的石墨烯层状纤维，尤其涉及一种导电的高强度的聚合物接枝石墨烯层状纤维的制备方法。

背景技术

石墨烯是一层由碳原子以sp²杂化相连接而形成的二维材料。从2004年被英国的A. K. Geim (K. S. Novoselov, et al. Science, 2004, 306, 666-669)发现至今已引起科学和工业界广泛的关注。这种材料具有已知材料最高的强度（Science, 2008, 321, 385-388），优异的导电性和导热性。以天然石墨为原料，石墨烯的批量生产可以通过化学氧化-还原法来实现（V. C. Tung,  et al. Nat. Nanotechnol., 2009, 4, 25-29）。通过化学氧化法制备的石墨烯前驱体，即氧化石墨烯有着丰富的含氧官能团，这些官能团可以和其他小分子或者聚合物形成强烈的氢键，进而使这些小分子或聚合物紧紧的吸附在其表面。现今，制备石墨烯及石墨烯复合材料成为材料科学中的热点，2011年浙江大学的高超教授成功的将石墨烯纺成纤维（Z. Xu, C. Gao, Nat. Comms., 2011, 2, 571），从而为石墨烯的材料制备开拓了一条新途径。但是，迄今为止，利用氢键将聚合物接枝到石墨烯表面进而制备聚合物石墨烯层状复合材料纤维尚未能得到实现。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术不足，提供一种导电的高强度的聚合物接枝石墨烯层状纤维的制备方法。

导电的高强度的聚合物接枝石墨烯层状纤维的制备方法包括以下步骤：

1）将1重量份的氧化石墨烯原料溶于50～5000重量份的溶剂，在1～50Hz的超声浴中处理0.1～1小时，得到氧化石墨烯分散液；

2）将1～20重量份的聚合物溶解于20～80000重量份的溶剂，得到澄清的聚合物溶液；

3）将步骤1）中得到的氧化石墨烯分散液加入到步骤2）中聚合物溶液中，边搅拌边加入，完全加入后继续搅拌0.1～48小时，加入还原剂，使氧化石墨烯还原为石墨烯； 

4）将步骤3）中反应液离心处理，洗去游离的聚合物，得到聚合物接枝的石墨烯溶胶；并转入纺丝装置中，从直径为5～1000μm纺丝头中连续匀速挤出，进入凝固液中停留1s～100h成型后收集到滚轴上，得到连续的聚合物接枝石墨烯层状纤维。

所述的溶剂是：水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇或乙二醇中的一种或多种。

所述的聚合物是聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸羟乙酯、N-异丙基丙烯酰胺、聚酰胺或聚丙烯酰胺。

所述的还原剂是肼、甲基肼、苯肼、NaOH、KOH、氨水或氢碘酸。

所述的凝固液是氯化钙水溶液、氢氧化钠水溶液、硫酸钠水溶液、氯化钙水溶液、硝酸钠水溶液、硝酸钙水溶液、磷酸钠水溶液、氯化铵水溶液、氨水、丙酮、甲醇、乙醇、四氢呋喃或乙酸乙酯中的一种或多种。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

1）原料采用氧化石墨烯，原料易得、成本低；

2）直接利用氧化石墨烯表面的氢键进行聚合物功能化，不需要除氧，不需要加入催化剂等，功能化过程变得极为简单。

3）采用溶液纺丝的方法制备了聚合物接枝石墨烯层状纤维，操作简便；

4）制得的聚合物接枝石墨烯层状纤维有着很好的强度和韧性；

5）制得的聚合物接枝石墨烯层状纤维有着较好的的导电性。

附图说明

图1（a）是聚合物接枝石墨烯层状纤维缠绕在滚轴上的数码相机照片；

图1（b）是聚合物接枝石墨烯层状纤维的数码相机照片；

图2是聚合物接枝石墨烯层状纤维的横截面的扫描电镜照片，从图中可以看出聚合物接枝石墨烯层状纤维的直径为30-50μm,并且可以看到非常明显的层状结构。

具体实施方式

导电的高强度的聚合物接枝石墨烯层状纤维的制备方法包括以下步骤：

1）将1重量份的氧化石墨烯原料溶于50～5000重量份的溶剂，在1～50Hz的超声浴中处理0.1～1小时，得到氧化石墨烯分散液；

2）将1～20重量份的聚合物溶解于20～80000重量份的溶剂，得到澄清的聚合物溶液；