[发明专利]一种三氧化二铁复合石墨烯包覆棉碳纤维材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种三氧化二铁复合石墨烯包覆棉碳纤维材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将无纺棉浸入氧化石墨(GO)溶液中进行超声处理；（2）冷冻后进行冷冻干燥处理，得到氧化石墨烯包覆无纺棉纤维；（3）氯化铁溶于无水乙醇溶液中，将氧化石墨烯包覆无纺棉纤维浸入上述溶液，取出后放入干燥箱中烘干；（4）放入炉中，通入保护气体，600℃～1100℃保温1～10h；（5）停止加热，继续通入保护气体，待炉温降低至室温，取出样品，即得三氧化二铁复合石墨烯包覆棉碳纤维材料。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及的是一种三氧化二铁复合石墨烯包覆棉碳纤维材料的制备方法。

背景技术

三氧化二铁作为金属氧化物中的一员，是一种重要的n型半导体，具有无毒、廉价和合成工艺简单的特征，被广泛应用于催化剂、传感器、污水处理、电磁干扰屏蔽、微博吸收、生物医学和能源存储能领域，并且有望在未来更多的领域开发出新用途。然而，三氧化二铁与其它金属氧化物相似，材料的电导率较低，并且单独应用时材料整体稳定性还较差，因此三氧化二铁需要与其它电导率较高的材料复合才能更好的发挥其性能。

三氧化二铁与碳进行复合，可有效的提高材料的稳定性和性能。在多种碳材料中，石墨烯作为一种独特的二维单原子晶体材料，具有优异的机械性能、较高的热导率和载流子迁移率、超宽带的光学响应谱、较大的结构稳定性和表面积，因此石墨烯适合搭载金属氧化物制备复合材料。

碳化纤维作为碳材料，具有较高的电导率和力学性能，同时碳化纤维具有大量的孔隙，可以释放材料在使用过程中产生的应力，增强材料结构稳定性。在众多碳化纤维中，利用棉纤维经过碳化制备的棉碳纤维具有成本低的特点。因此利用三氧化二铁与石墨烯和棉碳纤维进行复合，可以制备出具有优异性能的三氧化二铁与碳复合的材料，然而目前还没有三氧化二铁与石墨烯和棉碳纤维复合材料的制备方法。

因此，研究一种操作简单，工艺要求不苛刻，可实现高质量、大规模制备三氧化二铁复合石墨烯与碳化棉碳纤维的复合材料，是目前科技工作者和产业界工程人士的关注热点。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述三氧化二铁复合石墨烯与棉碳纤维的复合材料制备技术的现状，提供了一种工艺简单的三氧化二铁复合石墨烯包覆棉碳纤维新型结构材料的方法。

本发明技术方案如下：

一种三氧化二铁复合石墨烯包覆棉碳纤维材料的制备方法，包括以下步骤：

(1) 将无纺棉浸入氧化石墨(GO)溶液中，超声处理；

(2) 冷冻后进行冷冻干燥处理，得到氧化石墨烯包覆无纺棉纤维；

(3) 氯化铁溶于无水乙醇溶液中，将氧化石墨烯包覆无纺棉纤维浸入上述溶液，取出后放入干燥箱中烘干；

(4) 放入炉中，通入保护气体，600℃～1100 ℃保温1～10 h；

(5) 停止加热，继续通入保护气体，待炉温降低至室温，取出样品，即得三氧化二铁复合石墨烯包覆棉碳纤维材料。

所述的制备方法，所述无纺棉为天然棉花制成的无纺棉；

所述的制备方法，所述步骤(1)中GO浓度为0.5~15 mg/ml；

所述的制备方法，所述步骤(1)中GO为Hummers法制备的GO；

所述的制备方法，所述步骤(1)中GO溶液为前期经过超声处理1~2 h的GO溶液。

所述的制备方法，所述步骤(1)中超声处理时间为0.5~2 h；

所述的制备方法，所述步骤(2)中冷冻处理可以为低温冰箱冷冻或液氮冷冻，温度低于-30 ℃；