[发明专利]石墨烯-金属线材复合纤维及其制备方法

权利要求书

1.石墨烯-金属线材复合纤维，其特征在于，所述复合纤维具有由子纤维构成的n级超螺旋多级结构，并且第1级子纤维由s根包覆有石墨烯的金属线材螺旋而成，第m级子纤维由t根第m-1级子纤维螺旋而成，

其中所述金属线材表面及各金属线材之间具有连续且厚度均匀的石墨烯，并且n为不小于6的整数，m为大于1且小于等于n的整数，以及s和t每次出现时各自为不小于6的整数，以及

其中以包覆有石墨烯的金属线材的体积计，所述石墨烯的体积百分数大于等于0.4％。

2.如权利要求1所述的复合纤维，其特征在于，所述复合纤维的直径D与金属线材的原始直径d₀满足：0.8d₀≤D≤1.5d₀，优选地，0.9d₀≤D≤1.3d₀，更优选地，0.9d₀≤D≤1.2d₀，还更优选地，D＝d₀。

3.如权利要求1所述的复合纤维，其特征在于，所述金属线材的表面上的石墨烯的覆盖率大于等于99％，优选为99.5-100％；任选地其中，所述石墨烯的层数为1-10层；任选地其中，以包覆有石墨烯的金属线材的体积计，所述石墨烯的体积百分数大于等于0.4％且小于等于2.0％。

4.如权利要求1所述的复合纤维，其特征在于，所述复合纤维的直径D小于等于200μm，并且所述第1级子纤维的最终直径d₁小于等于1μm。

5.如权利要求1所述的复合纤维，其特征在于，所述金属线材选自铜丝、镍丝、铝丝、金丝、铂丝及其任意组合；优选地，所述金属线材为铜丝或镍丝。

6.制备权利要求1-5中任一项所述的石墨烯-金属线材复合纤维的方法，所述方法包括：

(1)通过化学气相沉积工艺在s根金属线材的表面上生长石墨烯；

(2)对经石墨烯包覆的线材进行加捻复合处理；

(3)对经加捻复合的线材进行热拉伸处理；

(4)对经热拉伸处理的线材进行多模冷拉拔处理，使得经过所有模具后所述线材的总伸长率为450-500％；

(5)使经冷拉拔处理的线材经历化学气相沉积工艺，从而得到子纤维，

(6)取t根子纤维替代步骤(2)中的线材并重复步骤(2)-(5)，

其中使步骤(6)重复n-1次，从而得到所述石墨烯-金属线材复合纤维，其中每一循环中的t可以相同或不同。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(1)之前清洗所述金属线材，所述清洗包括使用选自去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇、三氯甲烷中的一种或多种溶剂清洗所述金属线材，重复2-3次；优选地其中，所述方法包括在步骤(3)与步骤(4)之间的任选的步骤(3’)：使线材或子纤维经历化学气相沉积工艺以在其表面生长石墨烯；优选地其中，步骤(5)和任选的步骤(3’)中所用的化学气相沉积工艺与步骤(1)中的化学气相沉积工艺相同；优选地其中，步骤(2)的加捻复合处理在空气、氩气、氦气的气氛下进行，加捻程度为5-40转/cm。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(1)的化学气相沉积工艺为常压化学气相沉积工艺或气压为1-300Pa的低压化学气相沉积工艺，其中载气选自氩气、氦气、氢气或其任意组合；碳源为气态碳源或液态碳源，所述气态碳源选自甲烷、乙烷、乙烯或其任意组合，所述液态碳源选自甲醇、乙醇、甲苯或其任意组合；优选地其中，步骤(1)的化学气相沉积工艺包括使线材或子纤维达到800-1100℃的温度，保持30至100分钟，从而经历热处理，随后将线材或子纤维加热到为800-1100℃且等于或高于所述热处理温度的生长温度并且与携带碳源的载气接触，使石墨烯在所述线材或子纤维的表面生长5-60分钟，其中所述载气的流速为1-500ml/min。