本發(fā)明屬于功能材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種碳纖維修飾改性的方法。

背景技術(shù)：

作為碳材料增強(qiáng)體家族中發(fā)展最為成熟的碳纖維，具有比重小、高強(qiáng)高模、耐高溫、耐磨擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐腐蝕等特點(diǎn),其復(fù)合材料應(yīng)用在航天、導(dǎo)彈和運(yùn)動器材上,可以顯著減輕重量,提高有效載荷,改善性能,是航天工業(yè)的重要結(jié)構(gòu)增強(qiáng)材料。然而碳纖維表面惰性大、活性官能團(tuán)少，導(dǎo)致其與樹脂基體的界面粘結(jié)性差且存在較多的缺陷，使樹脂基體無法與增強(qiáng)體實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)合，影響著增強(qiáng)體性能的發(fā)揮。

對于“改變21世紀(jì)”的材料”—石墨烯，因其優(yōu)異的力學(xué)和傳導(dǎo)等性能,成為材料科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。以石墨烯優(yōu)異的力學(xué)性能為例，其模量可達(dá)1tpa，拉伸強(qiáng)度高達(dá)240gpa，是現(xiàn)階段已知最強(qiáng)的材料。石墨烯的發(fā)現(xiàn)為碳纖維增強(qiáng)體的發(fā)展提供了全新的契機(jī)。氧化石墨烯表面具有豐富的官能團(tuán)，分散性好，從而容易形成更理想的界面結(jié)合狀態(tài)，制備高性能氧化石墨烯增強(qiáng)復(fù)合材料。氧化石墨烯/碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可以充分發(fā)揮碳纖維和氧化石墨烯各自的優(yōu)勢性能，顯著改善兩相之間的相互作用和界面強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對復(fù)合材料界面結(jié)構(gòu)和性能的設(shè)計(jì)和控制，越來越引起廣大學(xué)者的關(guān)注。目前，碳纖維增強(qiáng)體的制備方法主要分為兩種：一種是在金屬催化劑的作用下，通過化學(xué)氣相沉積方法(cvd)在碳纖維表面直接生長出氧化石墨烯；另一種則是利用接枝的方法，通過化學(xué)或者物理鍵合把氧化石墨烯接枝到碳纖維表面，cvd生長方法研究相對成熟，但技術(shù)設(shè)備要求較高，不利于在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用；而且該方法中的高溫處理過程減弱了纖維增強(qiáng)體與樹脂的化學(xué)鍵合，還造成了纖維力學(xué)性能的大幅下降；同時(shí)，金屬催化劑殘留也會嚴(yán)重影響到增強(qiáng)體與樹脂的界面粘結(jié)性能。以上問題使得cvd方法制備的氧化石墨烯/碳纖維多尺度結(jié)構(gòu)對界面的增強(qiáng)效果非常有限，而接枝方法可以避免cvd制備方法中的種種問題。但由于纖維表面活性點(diǎn)較少，該方法制備的多尺度結(jié)構(gòu)中氧化石墨烯接枝密度小、分布不均勻、與纖維的結(jié)合強(qiáng)度無法保障，同時(shí)制備的酰氯化過程對人存在較大毒害，較難推廣生產(chǎn)應(yīng)用。同時(shí)，以上方法都不能在界面進(jìn)行分子水平的排列、調(diào)控和設(shè)計(jì)。

而本發(fā)明以新型的lb自組裝技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)氧化石墨烯在分子水平可控的、有序的自組裝于碳纖維，通過在分子水平的設(shè)計(jì)，制備了一種氧化石墨烯單分子層涂層碳纖維，在擁有兩種材料優(yōu)良的功能同時(shí)又為深入的功能納米纖維提供了一種新的方法，本發(fā)明制備的這種氧化石墨烯單分子層涂層碳纖維，方法簡單，可批量生產(chǎn)，是一種全新的碳纖維增強(qiáng)體，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于lb技術(shù)在分子水平涂層碳纖維的方法，該方法操作簡單、條件溫和，生產(chǎn)過程中，沒有使用有毒試劑，避免了環(huán)境污染，具有較好的市場應(yīng)用前景。

一種基于lb技術(shù)在分子水平涂層碳纖維的方法，包括：

步驟1：氧化石墨烯鋪展溶液的制備；

步驟2：單分子層氧化石墨烯的制備：將氧化石墨烯鋪展溶液通過注射器小心的鋪展在水面，得到漂浮在水面的稀疏的單分子層氧化石墨烯，通過壓縮滑障，減少水面面積，壓縮水面的氧化石墨烯，以形成致密的薄膜，得到漂浮在水面單分子層排列的氧化石墨烯薄膜；

步驟3：單分子層氧化石墨烯涂層碳纖維：利用lb技術(shù)，通過拉膜機(jī)將漂浮在水面的致密的氧化石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到碳纖維上，得到氧化石墨烯單分子層涂層的碳纖維；

優(yōu)選地，所述的步驟1中所述的鋪展溶劑為純水和甲醇的混合溶液；

優(yōu)選的，所述的步驟1中所述的鋪展溶劑為純水和甲醇的體積比為1：1~1：10；

優(yōu)選地，所述的步驟2中所述的配制的氧化石墨烯的濃度為0.05mg/ml~0.2mg/ml；

優(yōu)選地，所述的步驟2中所述的滑障的移動速度為0.5cm/min~2.0cm/min；

優(yōu)選地，所述的步驟3中所述的提拉速度為0.5mm/min~2.0mm/min。

有益效果：

（1）本發(fā)明利用lb法制備了氧化石墨烯單分子層涂層碳纖維，制備方法簡單、條件溫和；

（2）生產(chǎn)過程中，沒有使用有毒試劑，避免了環(huán)境污染。

附圖說明

圖1為為進(jìn)行涂層的碳纖維的sem圖；

圖2為氧化石墨烯單分子層涂層碳纖維的sem圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價(jià)形式同樣落于

本技術(shù)：
所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

實(shí)施例1

氧化石墨烯鋪展溶液的制備，包括如下步驟：

首先，配置1.0mg/ml的氧化石墨烯水溶液3.0ml，然后在上述溶液中加入15.0ml甲醇，攪拌20min，得到終濃度為0.167mg/ml的氧化石墨烯鋪展溶液。

實(shí)施例2

單分子層氧化石墨烯的制備，包括如下步驟：

取10.0ml上述氧化石墨烯鋪展溶液，用注射劑一滴一滴小心鋪展在在lb水槽中的水面，水槽面積為10*20cm，靜置20分鐘，待水面的甲醇揮發(fā)完全后，移動滑障，速度為1.0cm/min，當(dāng)移動到滑障的距離為1cm時(shí)，停止移動，靜置，等待單分子層氧化石墨烯薄膜自組裝形成。

實(shí)施例3

氧化石墨烯單分子層涂層的碳纖維的制備，包括如下步驟：

剪取長度為7cm，直徑為0.7mm的碳纖維，通過控制拉膜機(jī)參數(shù)，設(shè)置浸漬速度為1mm/min將碳纖維浸漬在lb水槽中，碳纖維的浸入液面以下的長度為4cm，等待液面穩(wěn)定20分鐘后，以1.0mm/mi的提拉速度提拉碳纖維，實(shí)現(xiàn)水面單分子層氧化石墨烯轉(zhuǎn)移到碳纖維表面。然后，涂層前后的碳纖維分別在掃描電子顯微鏡下觀察其形貌結(jié)構(gòu)，碳纖維的sem圖鑒圖1，氧化石墨烯單分子層涂層的碳纖維見圖2。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于Langmuir?Blodgett?(LB)技術(shù)在分子水平涂層碳纖維的方法，包括：（1）氧化石墨烯鋪展溶液的制備；（2）氧化石墨烯在水面單分子層的鋪展；（3）利用LB技術(shù)，制備氧化石墨烯單分子層涂層的碳纖維。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了氧化石墨烯在碳纖維表面的分子水平的調(diào)控、排列、組裝和修飾，實(shí)現(xiàn)了對碳纖維表面分子水平的修飾改性，可廣泛應(yīng)用于碳纖維增強(qiáng)體、功能材料等領(lǐng)域，有著很好的實(shí)用價(jià)值與潛在價(jià)值。

技術(shù)研發(fā)人員：聶華麗;舒黎幼
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州佰銳生物科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.10
技術(shù)公布日：2017.07.07