[发明专利]一种石墨烯复合碳纤维纸及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种石墨烯复合碳纤维纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：利用电镀在碳纤维表面镀上一层金属，生成碳纤维/金属复合物；

步骤二：利用气相沉积在碳纤维/金属复合物上生长出石墨烯，以生成石墨烯改性碳纤维；

步骤三：利用碳纸制作将得到的石墨烯改性碳纤维生成石墨烯改性碳纤维纸，其中所述石墨烯改性碳纤维生成石墨烯改性碳纤维纸的制作具体包括：称取步骤二得到的碳纤维/铜/石墨烯复合物，置于制浆添加剂中，搅拌30min，然后超声30min，交替进行5次，得到含有碳纤维/铜/石墨烯复合物的聚丙烯酰胺溶液浆料；随后用300目的方形滤网，浸渍在以上浆料中，然后将浆料中的固体物质过滤在网上，得到石墨烯改性碳纤维碳纸前驱体，将此前驱体浸渍在1-2wt％浓度的热固型高分子树脂溶液中3小时，然后在160-180℃，压力为5-8Mpa，热压时间为5-10min的条件下热压成型，反复重复浸渍-热压成形工序2次，随后将制得的样品在氩气气氛中进行1200-1500℃高温碳化3小时，最终制得石墨烯改性碳纤维碳纸。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述碳纤维的直径为5-30μm，长度为0.5-300mm；所述金属选自铜、镍、铬、锡或其组合；所述金属的厚度为0.1-10μm。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述电镀中所用的电镀液包括主盐、还原剂、络合剂、导电盐及缓冲剂；所述主盐选自氯化金属化合物或硫酸化金属化合物，其加入量为0.1g/L-500g/L；所述还原剂选自甲醛、次亚磷酸钠、硼氢化钠、烷基胺硼烷或肼中的一种，其加入量为0.1g/L-500g/L；所述络合剂选自柠檬酸盐、酒石酸盐、氰化物或乙二胺四乙酸二钠中的一种，其加入量为0.1g/L-500g/L；所述导电盐选自氢氧化钠、氢氧化钾或硫酸中的一种，其加入量为0.1g/L-500g/L；所述缓冲剂选自醋酸钠、硼砂、焦磷酸钾或苯丙二氮唑中的一种，其加入量为0.1g/L-500g/L。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述电镀中所用的电镀液还包括加速剂及表面活性剂；所述加速剂选自丙二酸、丁二酸、氨基乙酸、丙酸或氟化钠中的一种，其加入量为0.1g/L-500g/L；所述表面活性剂选自十二烷基硫酸盐、十二烷基磺酸盐或正辛基硫酸钠中的一种，其加入量为0.1g/L-500g/L。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，碳纤维/金属复合物的生成具体为：配制电镀液，将该电镀液放进电解槽中，随后放入碳纤维，调整电流密度0.1-1A，连续电镀10min-20min，将碳纤维过滤后取出，用去离子水清洗，直至滤液pH值为7，随后将得到的碳纤维真空90-95℃烘干6-12小时，最终得到碳纤维/铜复合物。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤一之前还包括对碳纤维进行预处理的步骤；所述对碳纤维进行预处理具体包括：

1)称取碳纤维，放入丙酮中，超声10-12小时，取出后，90-95℃真空烘干12-20小时；

2)将浓硫酸与浓硝酸混合，将步骤1)得到的碳纤维加入其中，超声5-10小时后过滤，用去离子水冲洗，直至滤液pH值为7；

3)往硝酸银溶液中滴加氨水，直至溶液澄清，将步骤2)得到的碳纤维投入其中，超声2-5小时后过滤，用去离子水清洗，直至滤液pH值为7，随后将得到的碳纤维真空90℃烘干5-12小时。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述气相沉积所用的前驱体气体选自甲烷、乙烯、甲醛、乙炔、氢气、丙烯或丙炔中至少一种；所述气相沉积的温度为1000-3000℃，时间为1-10小时；所述气相沉积形成的石墨烯的层数为1-10层；所述石墨烯的厚度为0.335-3.35nm。