[发明专利]纳米银修饰的石墨烯纤维及其制备方法

说明书

本发明提供纳米银修饰的石墨烯纤维及其制备方法。通过使氧化石墨烯纺丝液以螺旋流的形式挤入凝固浴，制备得到氧化石墨烯胶状纤维，该纤维在表面上具有螺旋状的排列，这种排列方式能够加强氧化石墨烯片材之间的结合，从而使最终形成的石墨烯纤维更加牢固，具有良好的力学和机械性能。同时由于石墨烯纤维表面具有纳米银层，具有良好的电学性能。

技术领域

本发明涉及纤维材料领域，具体地涉及石墨烯纤维，尤其是纳米银修饰的石墨烯纤维及其制备方法。

背景技术

石墨烯是只有一个碳原子厚度的二维材料，它是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料。它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石；常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高；而电阻率只约10^-8Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。由于其优良的光、电、热及力学特性，石墨烯在结构增强、集成电路、晶体管、导电电极、导热材料、超级电容器、过滤、太阳能电池、生物器件、感光原件等领域都具有广泛而潜力巨大的用途。

纳米银颗粒由于其自身量子尺寸效应、表面效应及其优异的电、光、热和催化性能，在金属电极、催化、光学、微电子、生物传感、抗菌和提高太阳能电池转化率上均有巨大的应用价值。

为了同时利用石墨烯合纳米银的特性，已有技术将石墨烯合纳米银可以复合制备石墨烯-银复合材料，如CN201410667164.X，CN201410565546.1，CN201410565427.6。但是，通过这些技术制备的石墨烯-银复合材料都是二维片状材料或三维网络结构，其应用和加工性能都远不如一维的纤维状材料。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明一方面，提供纳米银修饰的石墨烯纤维的制备方法，其包括：

(1)氧化石墨烯纺丝液的制备：将氧化石墨烯分散在去离子水中制得氧化石墨烯纺丝液；

(2)纺制氧化石墨烯纤维：将步骤(1)制备的所述氧化石墨烯纺丝液通过直径为5-5000μm、长度为0.5-100cm的纺丝管挤入凝固浴中，停留5-3600s，制得氧化石墨烯胶状纤维；

(3)制备纳米银修饰氧化石墨烯胶状纤维：将步骤(2)制备的所述氧化石墨烯胶状纤维浸入银氨溶液中，随后加入还原剂，在10-90℃条件下将银离子还原为纳米银颗粒，还原时间为5-180min，然后将纤维进行清洗，制得表面有纳米银修饰的氧化石墨烯胶体纤维；

(4)制备纳米银修饰的石墨烯纤维：将所述步骤(3)制备的所述纳米银修饰的石墨烯胶状纤维在40-100℃条件下进行干燥，使其成为固态石墨烯纤维，并在500-900℃温度下在惰性气体或惰性气体与氢气的混合气氛中将氧化石墨烯纤维还原为纳米银修饰的石墨烯纤维；

其中在所述纺丝管出口处所述氧化石墨烯纺丝液沿纺丝管轴向的速度为0.1-100ml/min，和沿纺丝管切向的速度为0.01-200ml/min。

在示例性实施方案中，所述氧化石墨烯纺丝液的浓度为0.05-30mg/ml。

在示例性实施方案中，步骤(1)中所述氧化石墨烯的制备方法选自Hummer法、改进hummer法或Staudenmair法中的一种。

在示例性实施方案中，步骤(2)中所述凝固浴的温度为0-120℃。

在示例性实施方案中，步骤(2)中所述凝固浴为含有选自氢氧化钠、氢氧化钾、氯化钙和硫酸铜组成的组中的至少一种的醇溶液或水溶液，其中氢氧化钠、氢氧化钾、氯化钙、硫酸铜在凝固浴中的质量含量分别为0.5-10％。

在示例性实施方案中，步骤(2)和步骤(3)中所述的清洗过程中使用的清洗剂为去离子水或醇类有机溶剂。