一種濕紡用氧化石墨烯溶液及其制備方法以及一種石墨烯纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于氧化石墨烯技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種濕紡用氧化石墨烯溶液及其制備 方法以及一種石墨烯纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，具有目前世界上最薄的厚 度、最堅硬的硬度、最高的導(dǎo)電性，本身為蜂窩結(jié)構(gòu)的二維碳原子晶體，其所具有的優(yōu)異電 學性能，熱學性能，機械性能，以及特殊的量子霍爾效應(yīng)和量子隧穿效應(yīng)等，可望廣泛應(yīng)用 于感應(yīng)器、納米復(fù)合材料、電池、超級電容器等材料中，具有極其廣泛的應(yīng)用價值與應(yīng)用前 景。
[0003] 隨著科技的發(fā)展，具備可穿戴、可編織、柔性、可彎曲、可伸縮等性能的微納米器 件，如微納米太陽能電池、超級電容器、傳感器、顯示屏等引發(fā)了研究人員越來越濃厚的興 趣。順應(yīng)潮流，結(jié)合石墨烯優(yōu)異的力學、電學、熱學等性能而制備的石墨烯纖維，一經(jīng)提出便 得到了科學家們廣泛的研究。
[0004] 在石墨烯纖維制備中，濕法紡絲因其條件溫和、工藝簡單、易于規(guī)?；a(chǎn)而導(dǎo)致 其成為最為常見的制備工藝。石墨烯纖維的濕法紡絲過程中所用的紡絲原液一般為氧化石 墨烯濃溶液，目前所制備得到的氧化石墨烯溶液，需要經(jīng)過超聲、透析或預(yù)膨脹等過程，進 而得到濕紡用氧化石墨烯溶液，然后將濕紡用氧化石墨烯溶液進行濕法紡絲后還原，便可 得到石墨烯纖維。但是該制備方法制備的濕紡用氧化石墨烯溶液步驟繁瑣、工藝復(fù)雜、成本 高，因此難以實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種濕紡用氧化石墨烯溶液及其制 備方法，采用本發(fā)明提供的濕紡用氧化石墨烯溶液的制備方法步驟簡單，條件易于控制，可 實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。
[0006] 本發(fā)明提供了一種濕紡用氧化石墨烯溶液的制備方法，包括以下步驟：
[0007] 將氧化石墨烯溶液進行離心濃縮，得到濕紡用氧化石墨烯溶液。
[0008] 優(yōu)選的，所述氧化石墨稀溶液通過改良Hrnnmers法制備。
[0009] 優(yōu)選的，所述改良Hummers法為：
[0010] A)將石墨和硝酸鹽溶解于濃硫酸中混合攪拌，加入高錳酸鉀，攪拌、靜置，得到中 間反應(yīng)液；
[0011] B)向所述中間反應(yīng)液中添加去離子水及雙氧水進行反應(yīng)后離心水洗，得到氧化石 墨稀溶液。
[0012] 優(yōu)選的，所述硝酸鹽為硝酸鉀或硝酸鈉。
[0013] 優(yōu)選的，離心水洗按照下述方法進行：
[0014] a)將中間反應(yīng)液中添加去離子水及雙氧水進行反應(yīng)后得到的最終反應(yīng)液在 10000~14000轉(zhuǎn)/分的條件下進行離心水洗8~lOmin，直至出現(xiàn)氧化石墨稀棕色層，去 除上清液移取收集氧化石墨烯層；
[0015] b)將底層沉淀合并，按照步驟a)繼續(xù)離心水洗3~5次，合并上述離心水洗后的 氧化石墨烯層，得到氧化石墨烯溶液。
[0016] 優(yōu)選的，在步驟B)所述離心水洗過程中，還包括震蕩或攪拌。
[0017] 優(yōu)選的，所述離心濃縮的轉(zhuǎn)速為12000~14000轉(zhuǎn)/分，時間為30~40min，離心 濃縮的次數(shù)為2~3次。
[0018] 本發(fā)明還提供了一種由上述制備方法制備得到濕紡用氧化石墨烯溶液。
[0019] 本發(fā)明還提供了一種石墨烯纖維的制備方法，包括以下步驟：
[0020] a)將由上述制備方法制備得到濕紡用氧化石墨烯溶液注入交聯(lián)劑凝固浴溶液，進 行濕法紡絲，得到氧化石墨烯纖維；
[0021] b)將所述氧化石墨烯纖維進行還原，得到石墨烯纖維。
[0022] 優(yōu)選的，所述交聯(lián)劑凝固浴溶液為乙二胺/乙酸/水/乙醇混合液、聚醚胺/乙酸 /水混合液、聚酰胺-胺樹枝狀聚合物/水/乙醇混合液或1-(3-二甲基氨基丙基）-3-乙 基碳二亞胺鹽酸鹽/1-羥基苯并三唑/水/乙醇混合液。
[0023] 優(yōu)選的，所述還原的方法包括采用還原劑還原或高溫碳化還原，所述還原劑選自 氫碘酸或水合肼。
[0024] 發(fā)明還提供了一種由上述制備方法制備得到的石墨烯纖維。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種濕紡用氧化石墨烯溶液的制備方法，包括以 下步驟：將氧化石墨烯溶液進行離心濃縮，得到濕紡用氧化石墨烯溶液。本發(fā)明將氧化石墨 烯溶液進行離心濃縮便得到了最終濕紡用氧化石墨烯溶液。該濕紡用氧化石墨烯溶液的制 備方法簡化了操作流程，省去了超聲、透析以及預(yù)膨脹等過程，實驗制備過程簡單，條件易 于控制，可實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。另外，本發(fā)明提供的制備方法制備出的濕紡濃氧化石墨烯溶液 質(zhì)量穩(wěn)定、水溶性好、濃度可控、得到的石墨烯纖維尺寸易調(diào)。
【附圖說明】
[0026] 圖1為實施例1制備的濕紡用氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯的透射電鏡照片；
[0027] 圖2為實施例1制備的濕紡用氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯的原子力顯微鏡照 片；
[0028] 圖3為實施例1制備的濕紡用氧化石墨烯溶液的中的氧化石墨烯的原子力顯微鏡 分析相應(yīng)的高度曲線圖；
[0029] 圖4為實施例4制備的氧化石墨烯纖維的實物圖；
[0030] 圖5為實施例4制備的螺旋形氧化石墨烯纖維的實物圖；
[0031] 圖6為實施例4制備的氧化石墨烯纖維的掃描電鏡照片；
[0032] 圖7為實施例4制備的石墨烯纖維的掃描電鏡照片；
[0033] 圖8為實施例4制備的氧化石墨烯纖維及石墨烯纖維拉伸測試圖；
[0034] 圖9為實施例4制備的氧化石墨烯纖維及石墨烯纖維X射線衍射圖；
[0035] 圖10為實施例5制備的氧化石墨烯纖維的掃描電鏡照片；
[0036] 圖11為實施例6制備的氧化石墨烯纖維的掃描電鏡照片；
[0037] 圖12為實施例7制備的氧化石墨烯纖維的掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0038] 本發(fā)明提供了一種濕紡用氧化石墨烯溶液的制備方法，包括以下步驟：
[0039] 將氧化石墨烯溶液進行離心濃縮，得到濕紡用氧化石墨烯溶液。
[0040] 本發(fā)明以氧化石墨烯溶液作為原料，通過離心濃縮即可得到濕紡用氧化石墨烯溶 液。
[0041 ] 在本發(fā)明中，所述氧化石墨稀溶液優(yōu)選通過改良的Hmnmers法制備。所述改良的 Hummers 法為
[0042] A)將石墨和硝酸鹽溶解于濃硫酸中混合攪拌，加入高錳酸鉀，攪拌、靜置，得到中 間反應(yīng)液；
[0043] B)向所述中間反應(yīng)液中添加去離子水及雙氧水進行反應(yīng)后離心水洗，得到氧化石 墨稀溶液。
[0044] 本發(fā)明首先將石墨和硝酸鹽溶解于濃硫酸中混合攪拌，其中，所述石墨與硝酸鹽 的質(zhì)量比為（1~2) :(1~3)，在本發(fā)明的一些實施例中，所述石墨與硝酸鹽的質(zhì)量比為 1: (0. 5~3);石墨與高錳酸鉀的質(zhì)量比為1: (3~5)，優(yōu)選為1: (3. 5~4. 5);石墨與濃硫 酸的質(zhì)量比為1: (30~80)，優(yōu)選為1: (40~70)。所述濃硫酸的濃度為98wt %。本發(fā)明所 述的硝酸鹽優(yōu)選為硝酸鉀或硝酸鈉。本發(fā)明對所述混合攪拌的方法并沒有特殊限制，本領(lǐng) 域技術(shù)人員公知的混合攪拌的方法即可，在本發(fā)明中，所述混合攪拌的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為150~ 250轉(zhuǎn)/分，混合攪拌的時間優(yōu)選為20~40min。
[0045] 混合攪拌結(jié)束后，再加入高錳酸鉀，攪拌、靜置，得到中間反應(yīng)液。所述石墨與高錳 酸鉀的質(zhì)量比為1: (3~5)，優(yōu)選為1: (3. 5~4. 5)。所述高錳酸鉀緩慢逐步添加至石墨和 硝酸鹽溶解于濃硫酸的混合溶液中，所述添加的時間