[发明专利]一种高导电纳米碳/金属复合纤维及其制备方法

权利要求书

1.一种高导电纳米碳/金属复合纤维的制备方法，其特征在于，包括：

提供纳米碳材料，所述纳米碳材料包括碳纳米管和/或石墨烯；

将所述纳米碳材料与大分子表面活性剂以及小分子表面活性剂共同分散于水中，获得纺丝原液；

将所述纺丝原液注入旋转的凝固浴中进行液相纺丝，获得含有大分子表面活性剂的纳米碳纤维；

向所述凝固浴中加入金属源化合物以及还原剂进行还原反应，使其中的金属元素被所述还原剂还原，并使生成的金属粒子沉积于所述含有大分子表面活性剂的纳米碳纤维表面，获得金属复合纳米碳纤维；

对所述金属复合纳米碳纤维进行热压处理，获得高导电纳米碳/金属复合纤维。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管以及功能化碳纳米管中的任意一种或两种以上的组合，所述石墨烯包括氧化石墨烯、石墨烯中的任意一种或两种组合。

优选的，所述大分子表面活性剂包括羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、壳聚糖以及聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种或两种以上的组合；所述小分子表面活性剂包括胆酸钠、十二烷基磺酸钠以及十二烷基苯磺酸钠中的任意一种或两种以上的组合。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述纺丝原液的配制具体包括：

将所述大分子表面活性剂溶解于水中，形成浓度为2-4mg/mL的大分子表面活性剂溶液；然后加入所述小分子表面活性剂，获得混合溶液；

将所述纳米碳材料加入所述混合溶液中，搅拌2-24h后在30-50MPa压力下均质处理20-30min，获得所述纺丝原液。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中小分子表面活性剂的浓度为20-50mg/mL；

和/或，所述纳米碳材料与小分子表面活性剂的质量比为1:1-1:5。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凝固浴包括有机溶剂、盐离子水溶液或有机无机混合液；

优选的，所述有机溶剂包括异丙醇、丙酮、丁醇以及乙醇中的任意一种或两种以上的组合；

优选的，所述盐离子水溶液包括NaCl水溶液、，KCl水溶液以及CuSO₄水溶液中的任意一种或两种以上的组合；

优选的，所述有机无机物混合液包括异丙醇水溶液或丙酮水溶液。

和/或，所述方法包括：以10-15mL/h的注射速度将所述纺丝原液注入旋转的所述凝固浴中，其中，注射针头的直径为100-400μm，所述凝固浴的旋转速度为10-20r/min。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，具体包括：

将所述金属源化合物的溶液加入所述凝固浴中，并密封静置1-3h，使所述凝固浴中的金属源化合物的浓度为0.05-0.2mol/L；

再将包含所述还原剂的溶液加入所述凝固浴中，进行还原反应0.5-2h，所述凝固浴中金属源化合物与还原剂的摩尔比为5:1-1:5。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属源化合物包括银盐、金盐、铜盐中的任意一种或两种以上的组合，优选的，所述银盐包括硝酸银，优选的，所述金盐包括氯金酸，优选的，所述铜盐包括硝酸铜。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原剂包括抗坏血酸、水合肼、氢碘酸以及硼氢化钠中的任意一种或两种以上的组合。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热压处理的温度为250-270℃，压强为1-50MPa。

10.由权利要求1-9任一项所述方法制备的高导电纳米碳/金属复合纤维，所述高导电纳米碳/金属复合纤维包括纳米碳纤维以及与所述纳米碳纤维复合的金属粒子；

优选的，所述金属粒子的粒径为2-300nm；

优选的，所述高导电纳米碳/金属复合纤维中金属粒子的含量为0.01-50wt％；

所述高导电纳米碳/金属复合纤维的电导率范围为0.05-1×10⁸S/m。