技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用石墨烯改性材料的長(zhǎng)絲纖維，屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜，是一種只有一個(gè)原子層厚度的準(zhǔn)二維材料，所以又叫做單原子層石墨。它的厚度大約為0.335nm，根據(jù)制備方式的不同而存在不同的起伏，通常在垂直方向的高度大約1nm左右，水平方向?qū)挾却蠹s10nm到25nm，是除金剛石以外所有碳晶體（零維富勒烯，一維碳納米管，三維體向石墨）的基本結(jié)構(gòu)單元。
石墨烯自發(fā)現(xiàn)伊始就引起了廣泛的關(guān)注，它具有已知材料中最高的強(qiáng)度，同時(shí)具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。從而，石墨烯可以作為一種理想的組裝單元來(lái)制備高性能纖維，氣凝膠，薄膜以及納米復(fù)合材料，其中石墨烯纖維是一類新型高性能多功能纖維材料，可通過(guò)氧化石墨烯液晶連續(xù)制備。在制備石墨烯纖維過(guò)程中，經(jīng)過(guò)化學(xué)還原或熱還原作用，不導(dǎo)電的氧化石墨烯會(huì)轉(zhuǎn)化為具有導(dǎo)電性的石墨烯。
然而，實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明通過(guò)氧化石墨烯還原而來(lái)的石墨烯仍然具有結(jié)構(gòu)導(dǎo)電缺陷，會(huì)很大程度上限制石墨烯纖維導(dǎo)電性能的提高。為此，提供一種改性石墨烯長(zhǎng)絲纖維，彌補(bǔ)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電缺陷尤為重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用石墨烯改性材料的長(zhǎng)絲纖維，具體技術(shù)方案如下：
一種應(yīng)用石墨烯改性材料的長(zhǎng)絲纖維，所述長(zhǎng)絲纖維由超細(xì)金屬網(wǎng)層和石墨烯纖維組成，所述超細(xì)金屬網(wǎng)層由超細(xì)金屬絲編織成網(wǎng)狀，所述超細(xì)金屬網(wǎng)層包覆在石墨烯纖維外側(cè)。
作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述石墨烯纖維通過(guò)干法紡絲制成。
作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述干法紡絲步驟包括：
（1）石墨預(yù)處理，將石墨原料、硫酸、過(guò)硫酸鉀和五氧化二磷混合，在50℃～110℃下攪拌混勻，過(guò)濾后干燥，將得到的石墨材料與硫酸和高錳酸鉀混合，在0℃～15℃下攪拌混勻，然后加入去離子水和雙氧水?dāng)嚢鑴蛩贁嚢?，過(guò)濾后，清洗至中性，得到預(yù)氧化石墨烯；
（2）氧化石墨烯制備，將步驟（1）中得到的預(yù)氧化石墨烯與硫酸和高錳酸鉀混合，在在0℃～15℃下攪拌混勻，然后加入去離子水和雙氧水?dāng)嚢鑴蛩贁嚢?，過(guò)濾后，清洗至中性，干燥后得到氧化石墨烯；
（3）氧化石墨烯溶膠制備，將步驟（2）得到的氧化石墨烯溶于丙酮-水混合溶劑中，超聲處理后得到氧化石墨烯紡絲液溶膠；
（4）石墨烯纖維制備，將步驟（3）得到的氧化石墨烯紡絲液溶膠經(jīng)過(guò)紡絲毛細(xì)管在70℃～110℃下紡絲，得到氧化石墨烯纖維絲，將氧化石墨烯纖維絲先用硼氫化鈉還原，再用水合肼還原，洗滌干燥，得到石墨烯纖維。
作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述超細(xì)金屬網(wǎng)層為超細(xì)銅線或超細(xì)銀線。
上述技術(shù)方案通過(guò)超細(xì)金屬網(wǎng)層對(duì)石墨烯纖維進(jìn)行包覆，能夠在提高石墨烯纖維的機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)改善導(dǎo)電穩(wěn)定性有著一定程度的促進(jìn)作用，有益效果顯著。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了一種應(yīng)用石墨烯改性材料的長(zhǎng)絲纖維，該長(zhǎng)絲纖維由超細(xì)金屬網(wǎng)層和石墨烯纖維組成，其中超細(xì)金屬網(wǎng)層由超細(xì)金屬絲編織成網(wǎng)狀，超細(xì)金屬網(wǎng)層包覆在石墨烯纖維外側(cè)，該技術(shù)方案通過(guò)超細(xì)金屬網(wǎng)層對(duì)石墨烯纖維進(jìn)行包覆，能夠在提高石墨烯纖維的機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)改善導(dǎo)電穩(wěn)定性有著重要意義。
上述方案中超細(xì)金屬網(wǎng)層為超細(xì)銅線或超細(xì)銀線，超細(xì)銅線或超細(xì)銀線的直徑在10μm～500μm之間。
石墨烯纖維通過(guò)干法紡絲制成，干法紡絲步驟包括：
（1）石墨預(yù)處理，將石墨原料、硫酸、過(guò)硫酸鉀和五氧化二磷混合，在50℃～110℃下攪拌混勻，過(guò)濾后干燥，將得到的石墨材料與硫酸和高錳酸鉀混合，在0℃～15℃下攪拌混勻，然后加入去離子水和雙氧水?dāng)嚢鑴蛩贁嚢?，過(guò)濾后，清洗至中性，得到預(yù)氧化石墨烯；
（2）氧化石墨烯制備，將步驟（1）中得到的預(yù)氧化石墨烯與硫酸和高錳酸鉀混合，在在0℃～15℃下攪拌混勻，然后加入去離子水和雙氧水?dāng)嚢鑴蛩贁嚢瑁^(guò)濾后，清洗至中性，干燥后得到氧化石墨烯；
（3）氧化石墨烯溶膠制備，將步驟（2）得到的氧化石墨烯溶于丙酮-水混合溶劑中，超聲處理后得到氧化石墨烯紡絲液溶膠；
（4）石墨烯纖維制備，將步驟（3）得到的氧化石墨烯紡絲液溶膠經(jīng)過(guò)紡絲毛細(xì)管在70℃～110℃下紡絲，得到氧化石墨烯纖維絲，將氧化石墨烯纖維絲先用硼氫化鈉還原，再用水合肼還原，洗滌干燥，得到石墨烯纖維。
下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
實(shí)施例一
按照以下方法進(jìn)行長(zhǎng)絲纖維產(chǎn)品的制備：
（1）石墨預(yù)處理，將1.3g石墨原料、20ml硫酸（質(zhì)量濃度80%）、1.2g過(guò)硫酸鉀和0.7g五氧化二磷混合，在90℃下攪拌混勻，過(guò)濾后干燥，將得到的石墨材料再與20ml硫酸和1.0g高錳酸鉀混合，在7℃下攪拌混勻，然后加入200ml去離子水和5ml雙氧水?dāng)嚢鑴蛩贁嚢瑁^(guò)濾后，清洗至PH中性，得到預(yù)氧化石墨烯；
（2）氧化石墨烯制備，將步驟（1）中得到的預(yù)氧化石墨烯與20ml硫酸和1.2g高錳酸鉀混合，在在7℃下攪拌混勻，然后加入150ml去離子水和5ml雙氧水?dāng)嚢鑴蛩贁嚢?，過(guò)濾后，清洗至中性，干燥后得到氧化石墨烯；
（3）氧化石墨烯溶膠制備，將步驟（2）得到的氧化石墨烯溶于100ml丙酮-水混合溶劑中，30KHz超聲處理后得到氧化石墨烯紡絲液溶膠；
（4）石墨烯纖維制備，將步驟（3）得到的氧化石墨烯紡絲液溶膠經(jīng)過(guò)紡絲毛細(xì)管在100℃下紡絲，擠出速度為50ml/h，毛細(xì)管直徑為1㎜，在空氣中停留得到氧化石墨烯纖維絲，將氧化石墨烯纖維絲先用硼氫化鈉還原，再用水合肼還原，洗滌干燥，得到石墨烯纖維；
（5）長(zhǎng)絲纖維制備，以石墨烯纖維為芯體，將多根直徑在50μm的超細(xì)銅線圍繞芯體編織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，制成長(zhǎng)絲纖維，經(jīng)檢測(cè)，產(chǎn)品導(dǎo)電效率較傳統(tǒng)導(dǎo)線和純粹的石墨烯纖維均有所提高。
實(shí)施例二
按照以下方法進(jìn)行長(zhǎng)絲纖維產(chǎn)品的制備：
（1）石墨預(yù)處理，將1.2g石墨原料、20ml硫酸（質(zhì)量濃度80%）、1.2g過(guò)硫酸鉀和0.7g五氧化二磷混合，在100℃下攪拌混勻，過(guò)濾后干燥，將得到的石墨材料再與20ml硫酸和1.1g高錳酸鉀混合，在3℃下攪拌混勻，然后加入200ml去離子水和5ml雙氧水?dāng)嚢鑴蛩贁嚢?，過(guò)濾后，清洗至PH中性，得到預(yù)氧化石墨烯；
（2）氧化石墨烯制備，將步驟（1）中得到的預(yù)氧化石墨烯與20ml硫酸和1.2g高錳酸鉀混合，在在7℃下攪拌混勻，然后加入150ml去離子水和5ml雙氧水?dāng)嚢鑴蛩贁嚢瑁^(guò)濾后，清洗至中性，干燥后得到氧化石墨烯；
（3）氧化石墨烯溶膠制備，將步驟（2）得到的氧化石墨烯溶于100ml丙酮-水混合溶劑中，30KHz超聲處理后得到氧化石墨烯紡絲液溶膠；
（4）石墨烯纖維制備，將步驟（3）得到的氧化石墨烯紡絲液溶膠經(jīng)過(guò)紡絲毛細(xì)管在80℃下紡絲，擠出速度為50ml/h，毛細(xì)管直徑為1㎜，在空氣中停留得到氧化石墨烯纖維絲，將氧化石墨烯纖維絲先用硼氫化鈉還原，再用水合肼還原，洗滌干燥，得到石墨烯纖維；
（5）長(zhǎng)絲纖維制備，以石墨烯纖維為芯體，將多根直徑在40μm的超細(xì)銅線圍繞芯體編織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，制成長(zhǎng)絲纖維，經(jīng)檢測(cè)，產(chǎn)品導(dǎo)電效率較傳統(tǒng)導(dǎo)線和純粹的石墨烯纖維均有所提高。
實(shí)施例三
按照以下方法進(jìn)行長(zhǎng)絲纖維產(chǎn)品的制備：
（1）石墨預(yù)處理，將1.0g石墨原料、15ml硫酸（質(zhì)量濃度80%）、1.0g過(guò)硫酸鉀和0.5g五氧化二磷混合，在110℃下攪拌混勻，過(guò)濾后干燥，將得到的石墨材料再與15ml硫酸和0.8g高錳酸鉀混合，在0℃下攪拌混勻，然后加入200ml去離子水和5ml雙氧水?dāng)嚢鑴蛩贁嚢瑁^(guò)濾后，清洗至PH中性，得到預(yù)氧化石墨烯；
（2）氧化石墨烯制備，將步驟（1）中得到的預(yù)氧化石墨烯與15ml硫酸和1.0g高錳酸鉀混合，在在0℃下攪拌混勻，然后加入150ml去離子水和5ml雙氧水?dāng)嚢鑴蛩贁嚢?，過(guò)濾后，清洗至中性，干燥后得到氧化石墨烯；
（3）氧化石墨烯溶膠制備，將步驟（2）得到的氧化石墨烯溶于100ml丙酮-水混合溶劑中，30KHz超聲處理后得到氧化石墨烯紡絲液溶膠；
（4）石墨烯纖維制備，將步驟（3）得到的氧化石墨烯紡絲液溶膠經(jīng)過(guò)紡絲毛細(xì)管在80℃下紡絲，擠出速度為50ml/h，毛細(xì)管直徑為1㎜，在空氣中停留得到氧化石墨烯纖維絲，將氧化石墨烯纖維絲先用硼氫化鈉還原，再用水合肼還原，洗滌干燥，得到石墨烯纖維；
（5）長(zhǎng)絲纖維制備，以石墨烯纖維為芯體，將多根直徑在40μm的超細(xì)銅線圍繞芯體編織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，制成長(zhǎng)絲纖維，經(jīng)檢測(cè)，產(chǎn)品導(dǎo)電效率較傳統(tǒng)導(dǎo)線和純粹的石墨烯纖維均有所提高。
實(shí)施例四
按照以下方法進(jìn)行長(zhǎng)絲纖維產(chǎn)品的制備：
（1）石墨預(yù)處理，將1.3g石墨原料、20ml硫酸（質(zhì)量濃度80%）、1.2g過(guò)硫酸鉀和0.7g五氧化二磷混合，在90℃下攪拌混勻，過(guò)濾后干燥，將得到的石墨材料再與20ml硫酸和1.0g高錳酸鉀混合，在7℃下攪拌混勻，然后加入200ml去離子水和5ml雙氧水?dāng)嚢鑴蛩贁嚢?，過(guò)濾后，清洗至PH中性，得到預(yù)氧化石墨烯；
（2）氧化石墨烯制備，將步驟（1）中得到的預(yù)氧化石墨烯與20ml硫酸和1.2g高錳酸鉀混合，在在7℃下攪拌混勻，然后加入150ml去離子水和5ml雙氧水?dāng)嚢鑴蛩贁嚢?，過(guò)濾后，清洗至中性，干燥后得到氧化石墨烯；
（3）氧化石墨烯溶膠制備，將步驟（2）得到的氧化石墨烯溶于100ml丙酮-水混合溶劑中，30KHz超聲處理后得到氧化石墨烯紡絲液溶膠；
（4）石墨烯纖維制備，將步驟（3）得到的氧化石墨烯紡絲液溶膠經(jīng)過(guò)紡絲毛細(xì)管在100℃下紡絲，擠出速度為50ml/h，毛細(xì)管直徑為1㎜，在空氣中停留得到氧化石墨烯纖維絲，將氧化石墨烯纖維絲先用硼氫化鈉還原，再用水合肼還原，洗滌干燥，得到石墨烯纖維；
（5）長(zhǎng)絲纖維制備，以石墨烯纖維為芯體，將多根直徑在50μm的超細(xì)銀線圍繞芯體編織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，制成長(zhǎng)絲纖維，經(jīng)檢測(cè)，產(chǎn)品導(dǎo)電效率較傳統(tǒng)導(dǎo)線和純粹的石墨烯纖維均有所提高，并且導(dǎo)電效率高于實(shí)施例一中使用超細(xì)銅線作為編織網(wǎng)材質(zhì)，但是制造成本相對(duì)更高。