[实用新型]一种制备超长石墨烯纤维的设备

说明书

本实用新型涉及一种制备超长石墨烯纤维的设备，具备：挤出装置和传送装置；所述挤出装置用于挤出石墨烯浆料以形成石墨烯纤维，所述传送装置用于承载所述挤出装置挤出的石墨烯纤维，并不间断地移动以形成超长石墨烯纤维。本实用新型的制备超长石墨烯纤维的设备简单，易于工业化生产。利用本实用新型的设备制备得到的石墨烯纤维结构均匀、性能优异。

技术领域

本实用新型涉及一种制备超长石墨烯纤维的设备，属于石墨烯技术领域。

背景技术

石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料，特殊的二维蜂窝状晶体结构赋予其优异的导电/导热性能、超高比表面积和优异的力学性能。自2004年被发现以来，石墨烯就引起了越来越多研究人员的重视，并被广泛应用于超级电容器、传感器、锂离子电池、复合材料等诸多领域。

在应用过程中，石墨烯容易出现团聚现象，导致其性能无法充分应用。因此，将石墨烯制备成宏观材料具有很大的实际应用价值。宏观应用石墨烯的主要形式有：一维石墨烯纤维、二维石墨烯纸、三维石墨烯等。目前国内外研究人员已经通过改性氧化石墨烯湿法纺丝、水热法、化学气相沉积法等工艺制得了石墨烯纤维。但这些方法制备石墨烯纤维的加工工艺复杂、生产周期长、对设备的要求高，同时石墨烯纤维的长度和性能都受到限制。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种工艺简单、方便应用的制备多功能高性能超长石墨烯纤维的设备。

本实用新型提供了一种制备超长石墨烯纤维的设备，具备：挤出装置和传送装置；所述挤出装置用于挤出石墨烯浆料以形成石墨烯纤维，所述传送装置用于承载所述挤出装置挤出的石墨烯纤维，并不间断地移动以形成超长石墨烯纤维。

本实用新型利用挤出装置将石墨烯浆料挤出形成石墨烯纤维，在挤出过程中，受到剪切应力的作用，石墨烯沿挤出方向获得定向效果形成石墨烯纤维。最后将石墨稀纤维承载于传送装置上，再通过传送装置的不间断传送，实现超长石墨烯的制备，长度可达到米级以上。

较佳地，所述挤出装置为注射器、挤出器等。

较佳地，所述挤出装置的内部压力为0.1～1.0MPa。

较佳地，所述挤出装置的挤出口的直径为0.1～1.0mm，但所述直径并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，通过增加或减小喷嘴直径仍有望获得理想石墨烯纤维。

较佳地，所述传送装置为传送带、传送台等。

较佳地，所述挤出装置的挤出口与所述传送装置之间的间距为0.1～5.0mm。

较佳地，所述传送装置的传送速度为1～50mm/s。

本实用新型的技术方案关键点主要有三个：

(1)挤出装置是石墨烯纤维的形成机制。根据本实用新型的设备，可以直接以石墨烯为原料并辅以分散剂、粘结剂，对实现超长石墨烯纤维制备并保证石墨烯纤维性能具有重要作用；

(2)传送装置是超长石墨烯纤维的承载机制。超长石墨烯纤维的制备主要依赖传送装置的不间断工作。通过传送带的不间断移动，实现超长石墨烯的制备，长度可达到米级以上；

(3)通过调控石墨烯浆料浓度、挤出气压、喷嘴直径、传送装置的移动速度(传送速度)、喷嘴与传送装置距离等条件，实现石墨烯纤维的直径可调和结构性能的充分优化，直径可控制在10～1000μm，获得结构完整清晰、可自支撑、直径可控的超长石墨烯纤维。

本实用新型对超长石墨烯纤维的制备具有重要作用。在挤出过程中，受到剪切应力的作用，石墨烯沿喷嘴挤出方向获得定向效果。这种定向效果对提高石墨烯纤维的轴向性能具有重要影响。超长石墨烯纤维的制备主要依赖传送装置的不间断运作，石墨烯纤维的直径可以通过调整石墨烯浆料浓度、挤出气压、喷嘴直径、传送装置移动速度、喷嘴与传送装置距离等因素进行调控。