[发明专利]高导电柔性石墨烯管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高导电柔性石墨烯管及其制备方法，该方法包括以下步骤：(1)调整作为沉积衬底的高分子聚合物纤维束的纤维间间隙；(2)静电喷涂氧化石墨烯；(3)复合材料浸泡GaCl₂溶液中增强纤维的机械性能；(4)氧化石墨烯化学预还原；(5)高温热处理：完全还原氧化石墨烯，去除样品中的沉积衬底即得石墨烯管。该石墨烯管具有较大的比表面积，且具有较高的导电性和柔性，在反复弯折后能保持导电性能稳定，该材料制备方法简单，成本低，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于石墨烯材料制备技术领域，具体涉及高导电柔性石墨烯管及其制备方法。

背景技术

近年来，随着智能可穿戴设备的兴起，基于柔性纤维制备的柔性可穿戴设备受到广泛的关注，如碳基纤维柔性超级电容器、碳基纤维柔性气体传感器等。采用高比表面积和高导电性的纤维制成的柔性可穿戴设备往往具有较优越的性能。因此，高导电的柔性纤维的研发成为柔性器件领域的一大热点。石墨烯作为一种单层的二维碳原子晶体，具有极高的导电性、导热性和机械强度，并视为组装宏观高导电柔性中空纤维的最佳材料。然而到目前为止，仅有几种制备中空石墨烯纤维的制备方法被报道出来，主要包括受限热致凝胶化法、湿纺法和电泳沉积制备、化学气相沉积等，如中国专利CN2012105795275“一种氧化石墨烯和石墨烯中空纤维的制备方法”公开了一种采用同轴针头湿法纺丝制备石墨烯中空纤维的方法。但是，现有方法在制备高导电柔性中空石墨烯纤维上仍然存在着不足之处，如受限热致凝胶化法、湿纺法和电泳沉积制备的纤维的电导率较低，而化学气相沉积在制备中空纤维过程中结构容易破损且柔性相对较低。这种力学和导电性能的不足限制了石墨烯管在柔性可穿戴设备领域的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术缺陷，提供高导电柔性石墨烯管及其制备方法，该石墨烯管具有较大的比表面积，且具有较高的导电性和柔性，在反复弯折后能保持导电性能稳定，该材料制备方法简单，成本低，具有很好的应用前景。

为了解决上述问题，本发明提供了一种高导电柔性石墨烯管的制备方法，包括以下步骤：

(1)准备沉积衬底：调整组成高分子聚合物纤维束的纤维间间隙，以高分子聚合物纤维束作为沉积衬底；

(2)静电喷涂氧化石墨烯：用静电喷雾装置向步骤(1)所得的沉积衬底喷涂氧化石墨烯，沉积衬底完全被氧化石墨烯包覆后，形成氧化石墨烯/高分子聚合物复合纤维；

(3)纤维增韧：将步骤(2)制得的氧化石墨烯/高分子聚合物复合纤维浸于GaCl₂溶液中增强纤维的机械性能后烘干备用；

(4)氧化石墨烯预还原：将步骤(3)所得的样品用化学还原剂进行初步的还原，化学还原过程中不产生气体；

(5)高温热处理：将步骤(4)所得的预还原样品置于还原气氛中进行高温热处理，完全还原氧化石墨烯，同时热分解去除样品中的沉积衬底即得石墨烯管。