直絲石墨烯纖維及其作為電抽吸器件的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直絲結(jié)構(gòu)石墨烯纖維，特別涉及一種具有電抽吸性能的纖維，屬于納米材料制備和納米器件的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]納米級(jí)流體輸送的現(xiàn)象廣泛存在于能量轉(zhuǎn)換，滲透，海水淡化和小分子的分析分離等過程中。通過預(yù)先設(shè)定的通道實(shí)現(xiàn)可控并且有效的流體輸送是開發(fā)高性能的納米流體材料和生物及環(huán)境應(yīng)用系統(tǒng)的一個(gè)重要考慮因素。為此，找到合適的吸液材料是至關(guān)重要的，許多多孔材料(如二氧化硅，聚合物，紙，巖石等)都表現(xiàn)出自發(fā)性抽吸現(xiàn)象，然而在這些材料內(nèi)的抽吸過程通常缺乏可控性。最近，電毛細(xì)效應(yīng)被用于加快液體的流動(dòng)，通過加低工作電壓(-1 V)使液體穿過導(dǎo)電媒介(如納米多孔金)來控制液體的流動(dòng)。
[0003]而納米多孔金本身是親水的，有自發(fā)抽吸現(xiàn)象，通過預(yù)加載環(huán)己烷溶劑的方法，可阻止這種自發(fā)抽吸行為，從而實(shí)現(xiàn)納米多孔金電抽吸現(xiàn)象的開關(guān)功能中的完全關(guān)的狀態(tài)。但這種輔助溶劑的方法也同時(shí)降低了吸水過程(開狀態(tài))的水流速率。此外，許多應(yīng)用和方法中都對(duì)具有特定孔徑尺寸的柔性納米流體系統(tǒng)有強(qiáng)烈需求，例如備受期待的多孔橡膠借助納米流體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。這種高性能納米尺度流體器件和系統(tǒng)可以被整合到用于生物、環(huán)境等領(lǐng)域的不同微納尺度流體控制系統(tǒng)上，以實(shí)現(xiàn)在生物技術(shù)和環(huán)境能源領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種直絲石墨烯纖維及其作為電抽吸器件的應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種直絲石墨烯纖維，是按照下述方法進(jìn)行制備的:(I)將濃度為20mg/mL的氧化石墨烯分散液平攤在聚四氟乙烯基底上，制成氧化石墨烯薄膜，自然干燥后，得到厚度為I?3μπι氧化石墨烯薄膜；
[0006](2)用滾刀將氧化石墨烯薄膜裁剪為邊緣平滑的石墨烯條帶，寬度為2-10mm;
[0007](3)將氧化石墨烯條帶用濕度在80 %?90 %水汽潤濕，將馬達(dá)轉(zhuǎn)速調(diào)整為1500r/min將所述石墨烯條帶紡織成直的纖維；
[0008](4)將氧化石墨烯直絲纖維浸入濃度為35%氫碘酸中，90 °C保持12小時(shí)，并經(jīng)去離子水反復(fù)清洗，40 °C真空干燥6小時(shí)，制備出直絲石墨烯纖維；
[0009]其中氧化石墨烯分散液制備步驟如下:步驟(I)量筒量取400mL硫酸與10mL磷酸，在IL的燒杯中混合均勻，稱取1g膨化石墨，磁力攪拌下，加入上述混合液；
[0010]步驟(2)稱量50g高錳酸鉀，冰浴中把高錳酸鉀慢慢添加到燒杯中；
[0011 ]步驟(3)溫度升到40°C，機(jī)械攪拌下反應(yīng)4個(gè)小時(shí)；
[0012]步驟(4)取450mL去離子水緩慢加入燒杯中，再將50mL，將雙氧水緩慢倒入大燒杯中；
[0013]步驟(5)靜置1小時(shí)后，用5Vo1.%的鹽酸溶液，清洗三次，再用去離子水清洗3次以上直至溶液PH值在5以上，得到氧化石墨烯分散液。
[0014]直絲石墨烯纖維一端放入水中后加壓，當(dāng)電壓高于0.8V后出現(xiàn)電抽吸現(xiàn)象，電壓低于0.8V之后停止抽吸，直絲石墨烯纖維質(zhì)量隨著加壓時(shí)間增加呈線性增大，直到飽和狀態(tài)，此時(shí)石墨烯纖維質(zhì)量是自身質(zhì)量的7倍。
[0015]直絲石墨烯纖維的潤濕角為80°，具有疏水性;直絲石墨烯纖維內(nèi)部石墨烯膜層間的空隙構(gòu)成的納米級(jí)微通道貫穿整條直絲纖維。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果:
[0017]1.本發(fā)明的直絲石墨烯纖維完全由石墨烯構(gòu)成，成本低廉，制備簡單。
[0018]2.本發(fā)明的直絲石墨烯纖維的疏水特性。
[0019]3.內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)完整:直絲石墨烯纖維由整條的氧化石墨烯條帶旋轉(zhuǎn)紡織而成，纖維內(nèi)部石墨烯膜層間的納米級(jí)通道貫穿整條直絲纖維。
[0020]4.直絲石墨烯纖維電抽吸現(xiàn)象的開關(guān)可控性。
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1是石墨烯直絲纖維的掃描電鏡照片。
[0023]圖2是石墨烯直絲纖維的電抽吸示意圖片。
[0024]圖3是在電抽開關(guān)過程中石墨烯直絲纖維質(zhì)量變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0026]—種直絲石墨烯纖維，是按照下述方法進(jìn)行制備的:
[0027](I)將濃度為20mg/mL的氧化石墨烯分散液平攤在聚四氟乙烯基底上，制成氧化石墨烯薄膜，自然干燥后，得到厚度為I?3μπι氧化石墨烯薄膜；
[0028](2)用滾刀將氧化石墨烯薄膜裁剪為邊緣平滑的石墨烯條帶，寬度為2-10mm;
[0029](3)將氧化石墨烯條帶用濕度在80%?90%水汽潤濕，將馬達(dá)轉(zhuǎn)速調(diào)整為1500r/min將所述石墨烯條帶紡織成直的纖維;先潤濕再將石墨烯條帶紡織成直絲纖維，得到產(chǎn)品不易斷裂，更便于作為電抽吸期間或者高性能納米尺度流體器件和系統(tǒng)。
[0030](4)將氧化石墨烯直絲纖維浸入濃度為35%氫碘酸中，90 °C保持12小時(shí)，并經(jīng)去離子水反復(fù)清洗，40 °C真空干燥6小時(shí)，制備出直絲石墨烯纖維；
[0031 ]其中氧化石墨烯分散液制備步驟如下:步驟(I)量筒量取400mL硫酸與10mL磷酸，在IL的燒杯中混合均勻，稱取1g膨化石墨，磁力攪拌下，加入上述混合液；
[0032]步驟(2)稱量50g高錳酸鉀，冰浴中把高錳酸鉀慢慢添加到燒杯中；
[0033]步驟(3)溫度升到40°C，機(jī)械攪拌下反應(yīng)4個(gè)小時(shí)；
[0034]步驟(4)取450mL去離子水緩慢加入燒杯中，再將50mL，將雙氧水緩慢倒入大燒杯中；
[0035]步驟(5)靜置10小時(shí)后，用5Vol.%的鹽酸溶液，清洗三次，再用去離子水清洗3次以上直至溶液PH值在5以上，得到氧化石墨烯分散液。
[0036]直絲石墨烯纖維一端放入水中后加壓，當(dāng)電壓高于0.8V后出現(xiàn)電抽吸現(xiàn)象，電壓低于0.8V之后停止抽吸，直絲石墨烯纖維質(zhì)量隨著加壓時(shí)間增加呈線性增大，一直到飽和狀態(tài)，此時(shí)石墨烯纖維質(zhì)量是自身質(zhì)量的7倍。如圖2所示，測(cè)試電抽吸性