CN109267325A - 一种表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维及其制备方法 - Google Patents

一种表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维及其制备方法。本发明通过制备分散均匀的氧化石墨烯/纳米材料分散液，调整涂覆及还原工艺，得到表面分散性好的石墨烯涂覆导电纤维。技术效果是：1、整个掺杂、涂覆工艺简便可行；2、石墨烯在纤维表面分布均匀；3、掺杂纳米粒子还能够作为桥梁起到完善石墨烯片层间导电通路的作用；4、掺杂纳米粒子有效的阻碍了石墨烯团聚减少了石墨烯的用量，降低了生产成本。

Description

一种表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维及其制备 方法
技术领域
本发明属于功能性织物领域，尤其是涉及了一种表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维及其制备方法。
背景技术
石墨烯涂覆材料作为近些年来兴起的新材料，受到了广泛关注。石墨烯具有非常优异的电学性能，特别是高电子迁移率。石墨烯的电子迁移速率高达20000cm2·V-1·S-1，因此石墨烯作为导电材料用于制备抗静电或导电纤维具有广阔的应用前景。
目前制备方法主要有共混加工改性和表面涂覆改性这两种方法。申请号为CN201410354504.3的中国发明专利提供了一种石墨烯导电聚酯纤维及其制备方法。首先对石墨烯进行表面磺酸基因功能化处理，然后将石墨烯、碳纳米管、表面活性剂分散均匀得到导电粒子，再将导电粒子加入到聚酯粉料中，最后通过造粒、纺丝制得石墨烯导电聚酯纤维。申请号为CN201510573369.6的中国发明专利提供了一种掺杂石墨烯的聚丙烯导电纤维的制备方法。先将氧化石墨烯与聚丙烯共混造粒，后经过熔融纺丝得到导电纤维。申请号为CN201610344381.4的中国发明专利提供了一种复合导电纤维的制备方法。该发明以活化石墨烯和羧化碳纳米管作为导电填料，以聚丙烯/高密度聚乙烯切片作为基体材料，经共混造粒、熔融纺丝制得复合导电纤维。共混加工法工艺简单，但是对于制备导电纤维来说，达到所需电性能需要的石墨烯量较大，此外共混过程中不可避免的会发生石墨烯团聚现象。
目前制备石墨烯导电纤维主要采用表面涂覆法，该方法通过溶液中织物吸附或表面浸轧将石墨烯涂覆到纤维表面。申请号为CN201510540291的中国发明专利提供了一种石墨烯/棉布柔性导电织物及其制备方法。该方法通过浸渍-烘干的方法在棉织物纤维表面覆盖氧化石墨烯，然后通过原位化学还原的方法将氧化石墨烯还原成为石墨烯，从而使棉织物具有良好的导电性能。申请号为CN201310434293的中国发明专利提供了一种防紫外线抗静电石墨烯涂层纺织面料的制备方法。首先将混合均匀的石墨烯/聚氨酯溶液置于浸液槽中，后通过二浸二轧工序，将石墨烯混合液浸轧到织物上并烘干，制得石墨烯涂层织物。申请号为CN201510024260的中国发明专利提供了一种石墨烯-碳纳米管复合物包覆的导电织物的制备方法。首先制得氧化石墨GO/MWNT混合液，然后通过浸泡、还原方法制备得到导电织物。申请号为CN201210454848的中国发明专利提供了一种采用浸染技术制备的导电织物及其制备方法和应用。将织物分别在碱液、预处理液、助染剂溶液中处理后，再浸入到导电粒子(碳纳米管、石墨烯、氧化石墨或纳米尺寸的石墨粉)的水分散液中，吸附烘干得到导电织物。
尽管已有专利制备得到导电纤维，但是依然需要解决一些问题：1、表面涂覆，无论是直接涂覆石墨烯还是先以氧化石墨烯形态涂覆后还原，均存在石墨烯团聚的现象，这是由石墨烯高表面能，易团聚特性决定的；2、石墨烯的团聚延缓了导电通路的形成，造成了石墨烯的浪费，增加了生产成本；3、现有技术及专利中，即使加入一些物质(如碳管、炭黑、纳米铜、石墨等)也主要针对的是提升导电性，而新加入物质对于石墨烯分散性(尤其是在涂覆物质表面)的影响，并没有提及。因此有必要开发出一种表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维及其制备方法，使其具有以下优点：涂覆工艺简便可行、石墨烯在涂覆物质表面分散均匀、石墨烯用量少、作为分散剂的物质成本低。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，该织物在石墨烯用量降低、成本低于纯石墨烯涂覆的条件下依然具有优异的电性能。
所述的高稳定性、耐电解质腐蚀导电纤维，为在纤维基层表面涂覆有石墨烯/纳米材料层，其表面石墨烯分散均匀。根据XRD测试结果计算出(001)晶面间距为0.4～0.8nm。石墨烯/纳米材料中掺杂的纳米粒子作为桥梁能够更好地将石墨烯片层连接起来，从而形成更加完善导电通路。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，其涂覆石墨烯/纳米材料后纤维质量相比于涂覆前增加了0.1～30％。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，表面电阻为107～102Ω/cm；优选的，所述纤维的表面电阻为30～500根纤维的表面电阻；更优选的，所述纤维的表面电阻为100～300根纤维的表面电阻。
本发明的第二个目的是提供一种表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维的制备方法，该方法的具体步骤是：
步骤1、氧化石墨烯/纳米材料分散液的制备：室温下将氧化石墨烯粉末加入分散液中，先机械搅拌0.5～1h，再在冰水浴条件下细胞粉碎0.5～2h，然后加入纳米材料，机械搅拌0.5～1h，再在冰水浴条件下细胞粉碎1～2h。得到分散均匀的氧化石墨烯/纳米材料分散液。
所述分散液为水、乙醇、丙酮、四氢呋喃、二甲基甲酰胺(DMF)中的一种或两种的混合物。
所述氧化石墨烯粉末中氧含量为30～50wt％，碳含量为50～70wt％，；优选的，氧化石墨烯粉末中氧含量为35～45wt％，碳含量为55～65wt％。
所述的氧化石墨烯在分散液中的片层层数为1～15层，其在分散液中的尺寸L(即对角边缘部位直线间的最大值)与纳米材料尺寸M存在如下关系：0.1L≤M≤3L；优选的，氧化石墨烯在分散液中的片层层数为1～8层，其在分散液中的尺寸与纤维尺寸存在如下关系：0.1L≤M≤2L。
所述氧化石墨烯在分散液中质量浓度为0.01～3％；优选的，氧化石墨烯在分散液中质量浓度为0.1～2％；更优选的，氧化石墨烯在分散液中质量浓度为0.05～2％。
所述纳米材料为碳纳米管、纳米炭黑、纳米蒙脱土或酸化碳纳米管中的一种或几种混合物；优选的，纳米材料为碳纳米管、纳米炭黑或酸化碳纳米管中的一种或几种混合物；更优选的，纳米材料为碳纳米管或酸化碳纳米管中的一种或几种混合物。
所述纳米碳材料的尺寸M为0.02～10μm；优选的，所述纳米碳材料的尺寸M为0.02～8μm；更优选的，所述纳米碳材料的尺寸M为0.02～5μm。
所述纳米材料与氧化石墨烯质量比为1∶1～1∶5；优选的，纳米材料与氧化石墨烯质量比为1∶2～1∶5；更优选的，纳米材料与氧化石墨烯质量比为1∶3～1∶5。
所述的氧化石墨烯/纳米材料分散液的pH值为1～7。
步骤2、氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维的制备：将纤维浸入到步骤1得到的氧化石墨烯/纳米材料分散液中，浸泡0.1～1h，然后将纤维洗涤干燥，重复此浸渍过程2～8次，得到氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维。
所述纤维为多巴胺类活化纤维、涤纶纤维、尼龙纤维、丙纶纤维、玻璃纤维或芳纶纤维中的一种。
多巴胺类活化纤维的制备过程可以是在pH为8～11的三(羟甲基)氨基甲烷-盐酸(Tris-HCl)缓冲溶液中加入多巴胺，得到多巴胺溶液；再在上述多巴胺溶液中加入表面清洗后的纤维，静置反应8～24h，洗涤干燥即可；可参见专利CN201611260080.X。
所述浸泡温度为20～60℃；
步骤3、制备石墨烯/纳米材料涂覆纤维：将步骤2得到的纤维加入去离子水中，再加入还原剂，在70～99℃温度下以500～1000r/min的转速搅拌还原1～4h，然后将纤维洗涤干燥，得到导电纤维。
所述还原剂为氨水、水合肼、氢碘酸、过硫酸钠、葡萄糖、抗坏血酸、硼氢化钠中的一种或两种的混合物。
石墨烯具有很高的比表面积，这导致其极易团聚，即使将其氧化，表面生成大量的含氧基团，在极性溶液中仍然会发生团聚、堆叠，还原后部分含氧基团消失，团聚现象更加严重。这一问题增加了制备石墨烯涂覆纤维过程中石墨烯的用量，提高了生产成本。本发明为解决这一问题，在制备氧化石墨烯分散液时，加入了新的纳米粒子，通过一定的掺杂处理工艺，使得纳米粒子与石墨烯形成稳定的杂化体系，该纳米粒子不仅能够在浸渍-还原的制备过程中阻碍石墨烯的团聚，使杂化涂层在纤维表面的分布更加均匀，还可以作为桥梁更好地将石墨烯片层连接起来从而形成更加完善导电通路。而且本发明中选取的纳米粒子为比较常用的纳米粒子，其成本均低于石墨烯，这就意味着使用该技术制备导电纤维可以有效的节省生产成本：一方面石墨烯的团聚现象被抑制，也就意味着有效的石墨烯片层浓度增加；另一方面，掺杂纳米粒子不仅阻碍了团聚，还起到了相邻石墨烯片层间导电桥梁的作用，这也减少了石墨烯的加入量。此外，所选用的纳米粒子密度较低，不会导致最终导电纤维的质量显著增加。
本发明中，氧化石墨烯/纳米材料分散液中氧化石墨烯浓度影响了纤维表面石墨烯的分散程度。当氧化石墨烯浓度过低时，溶液中的氧化石墨烯无法与纳米粒子形成杂化体系；当氧化石墨烯浓度过高时，氧化石墨烯在分散液中的团聚就会非常严重，即使经过处理并加入纳米粒子分散，团聚现象依然无法缓解，从而导致还原得到的石墨烯在纤维表面没有分散开。此外，氧化石墨烯在分散液中的形态(层数和尺寸)对分散均匀的导电纤维的制备也起到了关键作用。当层数过多时，氧化石墨烯片层之间的作用力会很大，导致纳米粒子很难插入片层间形成稳定的杂化体系。同样的，氧化石墨烯尺寸与纳米粒子尺寸间也存在一定的关系，当纳米粒子尺寸低于该范围中最小值时，纳米粒子能够插入到氧化石墨烯片层间，但是纳米粒子尺寸太小对氧化石墨烯的片层之间的分散作用极其有限，达不到想要的结果；当纳米粒子尺寸高于该范围中最大值时，纳米粒子插入氧化石墨烯片层间就很困难，无法形成有效的杂化体系。因此，有必要选取合适的氧化石墨烯(浓度、层数、尺寸)，才能够更好地与纳米粒子形成稳定分散的杂化体系。
上述技术方案直接带来的技术效果是：1、整个掺杂、涂覆工艺简便可行；2、石墨烯在纤维表面分布均匀；3、掺杂纳米粒子还能够作为桥梁起到完善石墨烯片层间导电通路的作用；4、掺杂纳米粒子有效的阻碍了石墨烯团聚减少了石墨烯的用量，降低了生产成本。
总之，本发明通过制备分散均匀的氧化石墨烯/纳米材料分散液，调整涂覆及还原工艺，得到表面分散性好的石墨烯涂覆导电纤维。
附图说明
图1是氧化石墨烯尺寸和纳米材料尺寸示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但实施例不限制本发明。
比较例1不掺杂纳米粒子的石墨烯涂覆纤维
(1)氧化石墨烯分散液的制备：室温下将氧含量为30wt％，碳含量为70wt％的氧化石墨烯粉末加入分散液水中，其中氧化石墨烯在水中质量浓度为0.01％。对得到的溶液依次采取以下方式处理：先机械搅拌0.5h，再在冰水浴条件下细胞粉碎0.5h。得到氧化石墨烯分散液，此时氧化石墨烯在分散液中的片层层数为5层。
(2)氧化石墨烯涂覆纤维的制备：60℃将多巴胺类活化纤维浸入到步骤1得到的氧化石墨烯分散液中，浸泡0.1h后洗涤干燥。重复此浸渍过程8次，得到氧化石墨烯涂覆纤维。
(3)、制备石墨烯涂覆纤维：70℃下将步骤2得到的纤维加入去离子水中，再加入还原剂氨水和水合肼，此时溶液以500r/min的速度搅拌，该温度下还原1h得到导电纤维。
制得的石墨烯涂覆纤维，根据XRD测试结果计算出其表面石墨烯(001)晶面间距为0nm。涂覆石墨烯后纤维质量相比于涂覆前增加了0.05wt％。表面电阻为108Ω/cm。
比较例2氧化石墨烯浓度过低、尺寸过大时制备石墨烯涂覆纤维
(1)氧化石墨烯/纳米材料分散液的制备：室温下将氧含量为30wt％，碳含量为70wt％的氧化石墨烯粉末加入分散液水中，其中氧化石墨烯在分散液中质量浓度为0.005％。对得到的溶液依次采取以下方式处理：先机械搅拌0.5h，再在冰水浴条件下细胞粉碎0.5h，使得氧化石墨烯初步分散。然后加入尺寸为10μm的碳纳米管，其中碳纳米管与氧化石墨烯质量比为1∶1；将分散液pH调整为1后依次采取以下方式处理：先机械搅拌0.5h，再在冰水浴条件下细胞粉碎1h，形成氧化石墨烯/纳米材料杂化体系。此时得到分散均匀的氧化石墨烯/纳米材料分散液，氧化石墨烯在分散液中的片层层数为5层，其在分散液中的尺寸L(即对角边缘部位直线间的最大值)与纳米材料尺寸M存在如下关系：M＝0.05L。
(2)氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维的制备：20℃下将涤纶纤维浸入到步骤1得到的氧化石墨烯/纳米材料分散液中浸泡0.1h，然后将纤维洗涤干燥，重复此浸渍过程2次，得到氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维。
(3)、制备石墨烯/纳米材料涂覆纤维：70℃温度下将步骤2得到的纤维加入去离子水中，再加入还原剂氨水和水合肼，此时溶液以500r/min的速度搅拌，该温度下还原1h得到导电纤维。
制得的石墨烯涂覆纤维，根据XRD测试结果计算出其表面石墨烯(001)晶面间距为0nm。涂覆石墨烯后纤维质量相比于涂覆前增加了0.01wt％。表面电阻为1011Ω/cm。
比较例3氧化石墨烯浓度过高、层数过多、尺寸过小时制备石墨烯涂覆纤维
(1)氧化石墨烯/纳米材料分散液的制备：室温下将氧含量为30wt％，碳含量为70wt％的氧化石墨烯粉末加入分散液水中，其中氧化石墨烯在分散液中质量浓度为3.2％。对得到的溶液依次采取以下方式处理：先机械搅拌0.5h，再在冰水浴条件下细胞粉碎0.5h，使得氧化石墨烯初步分散。然后加入尺寸为10μm的碳纳米管，其中碳纳米管与氧化石墨烯质量比为1∶1；将分散液pH调整为1后依次采取以下方式处理：先机械搅拌0.5h，再在冰水浴条件下细胞粉碎1h，形成氧化石墨烯/纳米材料杂化体系。此时得到分散均匀的氧化石墨烯/纳米材料分散液，氧化石墨烯在分散液中的片层层数为20层，其在分散液中的尺寸L(即对角边缘部位直线间的最大值)与纳米材料尺寸M存在如下关系：M＝4L。
(2)氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维的制备：20℃下将尼龙纤维浸入到步骤1得到的氧化石墨烯/纳米材料分散液中浸泡0.1h，然后将纤维洗涤干燥，重复此浸渍过程2次，得到氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维。
(3)、制备石墨烯/纳米材料涂覆纤维：70℃温度下将步骤2得到的纤维加入去离子水中，再加入还原剂氨水和水合肼，此时溶液以500r/min的速度搅拌，该温度下还原1h得到导电纤维。
制得的石墨烯涂覆纤维，根据XRD测试结果计算出其表面石墨烯(001)晶面间距为0nm。涂覆石墨烯后纤维质量相比于涂覆前增加了20wt％。表面电阻为108Ω/cm。
实施例1
(1)氧化石墨烯/纳米材料分散液的制备：室温下将氧含量为30wt％，碳含量为70wt％的氧化石墨烯粉末加入分散液水中，其中氧化石墨烯在分散液中质量浓度为0.01％。对得到的溶液依次采取以下方式处理：先机械搅拌0.5h，再在冰水浴条件下细胞粉碎0.5h，使得氧化石墨烯初步分散。然后加入尺寸M为0.02μm的碳纳米管，其中碳纳米管与氧化石墨烯质量比为1∶1；将分散液pH调整为1后依次采取以下方式处理：先机械搅拌0.5h，再在冰水浴条件下细胞粉碎1h，形成氧化石墨烯/纳米材料杂化体系。此时得到分散均匀的氧化石墨烯/纳米材料分散液，氧化石墨烯在分散液中的片层层数为1层，其在分散液中的尺寸L(即对角边缘部位直线间的最大值)与纳米材料尺寸M存在如下关系：M＝0.1L。
(2)氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维的制备：20℃下将多巴胺类活化纤维(制备方法参见专利CN201611260080.X)浸入到步骤1得到的氧化石墨烯/纳米材料分散液中浸泡0.1h，然后将纤维洗涤干燥，重复此浸渍过程2次，得到氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维。
(3)、制备石墨烯/纳米材料涂覆纤维：70℃温度下将步骤2得到的纤维加入去离子水中，再加入还原剂氨水和水合肼，此时溶液以500r/min的速度搅拌，该温度下还原1h得到导电纤维。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，其表面石墨烯分散均匀。根据XRD测试结果计算出(001)晶面间距为0.4nm。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，其涂覆石墨烯/纳米材料后纤维质量相比于涂覆前增加了0.1％。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，表面电阻为107Ω/cm。
实施例2
(1)氧化石墨烯/纳米材料分散液的制备：室温下将氧含量为50wt％，碳含量为50wt％的氧化石墨烯粉末加入分散液乙醇中，其中氧化石墨烯在分散液中质量浓度为3％。对得到的溶液依次采取以下方式处理：先机械搅拌1h，再在冰水浴条件下细胞粉碎2h，使得氧化石墨烯初步分散。然后加入尺寸M为10μm的纳米炭黑，其中纳米炭黑与氧化石墨烯质量比为1∶5；将分散液pH调整为7后依次采取以下方式处理：先机械搅拌1h，再在冰水浴条件下细胞粉碎2h，形成氧化石墨烯/纳米材料杂化体系。此时得到分散均匀的氧化石墨烯/纳米材料分散液，氧化石墨烯在分散液中的片层层数为15层，其在分散液中的尺寸L(即对角边缘部位直线间的最大值)与纳米材料尺寸M存在如下关系：M＝3L。
(2)氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维的制备：60℃下将涤纶纤维浸入到步骤1得到的氧化石墨烯/纳米材料分散液中浸泡1h，然后将纤维洗涤干燥，重复此浸渍过程8次，得到氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维。
(3)、制备石墨烯/纳米材料涂覆纤维：99℃温度下将步骤2得到的纤维加入去离子水中，再加入还原剂氢碘酸，此时溶液以1000r/min的速度搅拌，该温度下还原2h得到导电纤维。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，其表面石墨烯分散均匀。根据XRD测试结果计算出(001)晶面间距为0.8nm。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，其涂覆石墨烯/纳米材料后纤维质量相比于涂覆前增加了7％。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，30根纤维表面电阻为102Ω/cm。
实施例3
(1)氧化石墨烯/纳米材料分散液的制备：室温下将氧含量为40wt％，碳含量为60wt％的氧化石墨烯粉末加入分散液丙酮中，其中氧化石墨烯在分散液中质量浓度为1.5％。对得到的溶液依次采取以下方式处理：先机械搅拌0.7h，再在冰水浴条件下细胞粉碎1.5h，使得氧化石墨烯初步分散。然后加入尺寸M为5μm的纳米蒙脱土，其中纳米蒙脱土与氧化石墨烯质量比为1∶3；将分散液pH调整为4后依次采取以下方式处理：先机械搅拌0.6h，再在冰水浴条件下细胞粉碎1.2h，形成氧化石墨烯/纳米材料杂化体系。此时得到分散均匀的氧化石墨烯/纳米材料分散液，氧化石墨烯在分散液中的片层层数为8层，其在分散液中的尺寸L(即对角边缘部位直线间的最大值)与纳米材料尺寸M存在如下关系：M＝1.5L。
(2)氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维的制备：40℃下将尼龙纤维浸入到步骤1得到的氧化石墨烯/纳米材料分散液中浸泡0.5h，然后将纤维洗涤干燥，重复此浸渍过程6次，得到氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维。
(3)、制备石墨烯/纳米材料涂覆纤维：85℃温度下将步骤2得到的纤维加入去离子水中，再加入还原剂过硫酸钠，此时溶液以800r/min的速度搅拌，该温度下还原3.5h得到导电纤维。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，其表面石墨烯分散均匀。根据XRD测试结果计算出(001)晶面间距为0.5nm。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，其涂覆石墨烯/纳米材料后纤维质量相比于涂覆前增加了25％。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，约500根纤维)表面电阻为104Ω/cm。
实施例4
(1)氧化石墨烯/纳米材料分散液的制备：室温下将氧含量为35wt％，碳含量为65wt％的氧化石墨烯粉末加入分散液四氢呋喃中，其中氧化石墨烯在分散液中质量浓度为0.1％。对得到的溶液依次采取以下方式处理：先机械搅拌0.6h，再在冰水浴条件下细胞粉碎1.6h，使得氧化石墨烯初步分散。然后尺寸M为8μm的酸化碳纳米管，其中酸化碳纳米管与氧化石墨烯质量比为1∶2；将分散液pH调整为5后依次采取以下方式处理：先机械搅拌0.7h，再在冰水浴条件下细胞粉碎1.5h，形成氧化石墨烯/纳米材料杂化体系。此时得到分散均匀的氧化石墨烯/纳米材料分散液，氧化石墨烯在分散液中的片层层数为8层，其在分散液中的尺寸L(即对角边缘部位直线间的最大值)与纳米材料尺寸M存在如下关系：M＝2L。
(2)氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维的制备：50℃下将丙纶纤维浸入到步骤1得到的氧化石墨烯/纳米材料分散液中浸泡0.7h，然后将纤维洗涤干燥，重复此浸渍过程4次，得到氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维。
(3)、制备石墨烯/纳米材料涂覆纤维：90℃温度下将步骤2得到的纤维加入去离子水中，再加入还原剂葡萄糖，此时溶液以600r/min的速度搅拌，该温度下还原2.5h得到导电纤维。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，其表面石墨烯分散均匀。根据XRD测试结果计算出(001)晶面间距为0.6nm。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，其涂覆石墨烯/纳米材料后纤维质量相比于涂覆前增加了20％。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，表面电阻为106Ω/cm。
实施例5
(1)氧化石墨烯/纳米材料分散液的制备：室温下将氧含量为45wt％，碳含量为55wt％的氧化石墨烯粉末加入分散液二甲基甲酰胺(DMF)中，其中氧化石墨烯在分散液中质量浓度为2％。对得到的溶液依次采取以下方式处理：先机械搅拌0.8h，再在冰水浴条件下细胞粉碎2h，使得氧化石墨烯初步分散。然后加入尺寸M为4μm的碳纳米管，其中碳纳米管与氧化石墨烯质量比为1∶5；将分散液pH调整为3后依次采取以下方式处理：先机械搅拌0.8h，再在冰水浴条件下细胞粉碎1.8h，形成氧化石墨烯/纳米材料杂化体系。此时得到分散均匀的氧化石墨烯/纳米材料分散液，氧化石墨烯在分散液中的片层层数为5层，其在分散液中的尺寸L(即对角边缘部位直线间的最大值)与纳米材料尺寸M存在如下关系：M＝L。
(2)氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维的制备：35℃下将玻璃纤维浸入到步骤1得到的氧化石墨烯/纳米材料分散液中浸泡0.5h，然后将纤维洗涤干燥，重复此浸渍过程7次，得到氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维。
(3)、制备石墨烯/纳米材料涂覆纤维：85℃温度下将步骤2得到的纤维加入去离子水中，再加入还原剂抗坏血酸，此时溶液以800r/min的速度搅拌，该温度下还原1.5h得到导电纤维。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，其表面石墨烯分散均匀。根据XRD测试结果计算出(001)晶面间距为0.5nm。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，其涂覆石墨烯/纳米材料后纤维质量相比于涂覆前增加了15％。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，100根纤维表面电阻为103Ω/cm。
实施例6
(1)氧化石墨烯/纳米材料分散液的制备：室温下将氧含量为40wt％，碳含量为60wt％的氧化石墨烯粉末加入分散液水和丙酮中，其中氧化石墨烯在分散液中质量浓度为1.5％。对得到的溶液依次采取以下方式处理：先机械搅拌0.9h，再在冰水浴条件下细胞粉碎1.5h，使得氧化石墨烯初步分散。然后加入尺寸M为5μm的纳米炭黑，其中纳米炭黑与氧化石墨烯质量比为1∶3；将分散液pH调整为4后依次采取以下方式处理：先机械搅拌0.9h，再在冰水浴条件下细胞粉碎2h，形成氧化石墨烯/纳米材料杂化体系。此时得到分散均匀的氧化石墨烯/纳米材料分散液，氧化石墨烯在分散液中的片层层数为7层，其在分散液中的尺寸L(即对角边缘部位直线间的最大值)与纳米材料尺寸M存在如下关系：M＝1.3L。
(2)氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维的制备：45℃下将芳纶纤维浸入到步骤1得到的氧化石墨烯/纳米材料分散液中浸泡0.4h，然后将纤维洗涤干燥，重复此浸渍过程7次，得到氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维。
(3)、制备石墨烯/纳米材料涂覆纤维：90℃温度下将步骤2得到的纤维加入去离子水中，再加入还原剂硼氢化钠，此时溶液以850r/min的速度搅拌，该温度下还原2h得到导电纤维。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，其表面石墨烯分散均匀。根据XRD测试结果计算出(001)晶面间距为0.5nm。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，其涂覆石墨烯/纳米材料后纤维质量相比于涂覆前增加了8％。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，300根纤维表面电阻为105Ω/cm。
实施例7
(1)氧化石墨烯/纳米材料分散液的制备：室温下将氧含量为42wt％，碳含量为58wt％的氧化石墨烯粉末加入分散液乙醇和四氢呋喃中，其中氧化石墨烯在分散液中质量浓度为0.05％。对得到的溶液依次采取以下方式处理：先机械搅拌0.7h，再在冰水浴条件下细胞粉碎1.8h，使得氧化石墨烯初步分散。然后加入尺寸M为2.5μm的纳米蒙脱土，其中纳米蒙脱土与氧化石墨烯质量比为1∶4；将分散液pH调整为2后依次采取以下方式处理：先机械搅拌0.6h，再在冰水浴条件下细胞粉碎2h，形成氧化石墨烯/纳米材料杂化体系。此时得到分散均匀的氧化石墨烯/纳米材料分散液，氧化石墨烯在分散液中的片层层数为3层，其在分散液中的尺寸L(即对角边缘部位直线间的最大值)与纳米材料尺寸M存在如下关系：M＝0.7L。
(2)氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维的制备：30℃下将多巴胺类活化纤维(制备方法参见专利CN201611260080.X)浸入到步骤1得到的氧化石墨烯/纳米材料分散液中浸泡0.5h，然后将纤维洗涤干燥，重复此浸渍过程6次，得到氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维。
(3)、制备石墨烯/纳米材料涂覆纤维：90℃温度下将步骤2得到的纤维加入去离子水中，再加入还原剂氨水和水合肼，此时溶液以600r/min的速度搅拌，该温度下还原3h得到导电纤维。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，其表面石墨烯分散均匀。根据XRD测试结果计算出(001)晶面间距为0.7nm。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，其涂覆石墨烯/纳米材料后纤维质量相比于涂覆前增加了5％。
所述的表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，表面电阻为104Ω/cm。
表2纤维性能
上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，石墨烯/纳米材料涂覆纤维表面电阻为107～102Ω/cm；其特征在于为在纤维基层表面涂覆有石墨烯/纳米材料层，其表面石墨烯分散均匀；石墨烯/纳米材料中掺杂的纳米粒子作为桥梁能够更好地将石墨烯片层连接起来，从而形成更加完善导电通路；
石墨烯/纳米材料层中纳米材料与氧化石墨烯质量比为1:1～1:5。
2.一种表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤是：
步骤1、氧化石墨烯/纳米材料分散液的制备：室温下将氧化石墨烯粉末加入分散液中，先机械搅拌0.5～1h，再在冰水浴条件下细胞粉碎0.5～2h，然后加入纳米材料，机械搅拌0.5～1h，再在冰水浴条件下细胞粉碎1～2h，得到分散均匀的氧化石墨烯/纳米材料分散液；
所述的氧化石墨烯在分散液中的片层层数为1～15层，其在分散液中的尺寸L与纳米材料尺寸M存在如下关系：0.1L≤M≤3L；
所述纳米材料与氧化石墨烯质量比为1:1～1:5；
步骤2、氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维的制备：将纤维浸入到步骤1得到的氧化石墨烯/纳米材料分散液中，浸泡0.1～1h，然后将纤维洗涤干燥，重复此浸渍过程多次，得到氧化石墨烯/纳米材料涂覆纤维；
步骤3、制备石墨烯/纳米材料涂覆纤维：将步骤2得到的纤维加入去离子水中，再加入还原剂，在70～99℃温度下以500～1000r/min的转速搅拌还原1～4h，然后将纤维洗涤干燥，得到导电纤维。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤1所述氧化石墨烯粉末中氧含量为30～50wt％，碳含量为50～70wt％。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤1所述氧化石墨烯在分散液中质量浓度为0.01～3％。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤1所述纳米材料为碳纳米管、纳米炭黑、纳米蒙脱土或酸化碳纳米管中的一种或几种混合物。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤1所述纳米碳材料的尺寸M为0.02～10μm。
7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤1所述的氧化石墨烯/纳米材料分散液的pH值为1～7。
8.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤2所述纤维为多巴胺类活化纤维、涤纶纤维、尼龙纤维、丙纶纤维、玻璃纤维或芳纶纤维中的一种。
9.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤2所述浸泡温度为20～60℃。
10.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤3所述还原剂为氨水、水合肼、氢碘酸、过硫酸钠、葡萄糖、抗坏血酸、硼氢化钠中的一种或两种的混合物。
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