CN113122961B - 一种银/石墨烯复合纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种银/石墨烯复合纤维的制备方法，包括如下步骤：步骤一、通过改进的Hummers法制备大片层氧化石墨烯，配制5～20mg/mL氧化石墨烯水分散体作为纺丝液；步骤二、将纺丝液装入喷丝口内径为0.3mm的针筒中，通过纺丝泵推入凝固浴中，凝固浴为硝酸银的乙酸水溶液；步骤三、将成型的纤维干燥后浸渍在还原液中，80～100℃的条件下保温2～8h，依次用乙醇溶液和去离子水清洗，60℃烘干，得到银/石墨烯复合纤维(Ag/rGOF)。本发明实现金属银与石墨烯的复合，获得机械性能和电学性能较好的银/石墨烯复合纤维，方法简单，不增加设备，操作简便。
Description
技术领域
本发明属于功能性纺织纤维材料领域，具体涉及一种银/石墨烯复合纤维的制备方法。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式结合形成的单原子层厚度的二维纳米蜂窝状晶格材料，具有优异的电学性能。石墨烯目前已经可以组装成纤维、薄膜、气凝胶等宏观聚集体结构，其中石墨烯纤维因其柔性好、比表面积大、生产工艺简单和加工灵活等特点在柔性储能方面备受青睐。但石墨烯纤维片层之间相互作用弱、取向不良以及内部空洞，导致其电学性能和机械性能差。研究者发现通过使用大片层氧化石墨烯和引入离子交联可以提高石墨烯纤维的机械性能，另外在石墨烯纤维中引入具有电学性能的物质，实现石墨烯和其他物质的复合即石墨烯复合纤维可有效提高其电学性能。
专利CN106158428A虽然公开了一种制备线状超级电容器电极的方法，实现了二氧化钛纳米管、多壁碳纳米管和石墨烯的复合，但面积比电容仅有62.5mF/cm2。专利CN110364371A虽然公开了一种活性多孔碳框架/石墨烯复合纤维及其制备方法，电容可达82F/cm3，但拉伸强度仅有90MPa。专利CN111636114A虽然公开了一种高强度高导电性聚乙烯醇/石墨烯复合纤维的制备方法，力学强度为3.16～4.82cN/dtex，纤维单丝电导率高达33.6S/m，但是制备过程复杂。如何在简单的操作过程中制备机械性能和电学性能良好的石墨烯复合纤维是亟需解决的问题。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种银/石墨烯复合纤维的制备方法，该方法工艺简单，同时具有较好的机械性能和电学性能。
技术方案：一种银/石墨烯复合纤维的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、通过改进的Hummers法制备大片层氧化石墨烯，配制5～20mg/mL氧化石墨烯水分散体作为纺丝液；
步骤二、将纺丝液装入喷丝口内径为0.3mm的针筒中，通过纺丝泵推入凝固浴中，凝固浴为硝酸银的乙酸水溶液；其中，所述纺丝泵的纺丝速度为1.0～2.0mL/h；
步骤三、将成型的纤维干燥后浸渍在还原液中，80～100℃的条件下保温2～8h，依次用乙醇溶液和去离子水清洗，50-60℃烘干，得到银/石墨烯复合纤维Ag/rGOF。
作为优化：所述改进的Hummers法为在冰浴条件下，向含有300mL浓硫酸的烧杯中加入2.25g石墨，在磁力搅拌下缓慢加入13.5g高锰酸钾。常温搅拌一天后，在冰浴条件下缓慢加入250mL去离子水，搅拌一天后再加入30mL双氧水。当反应液变为亮黄色时，加入50mL5％的盐酸溶液，最后用去离子水多次洗涤，直到悬浮液pH值为中性后，离心后冷冻干燥。
作为优化：所述的大片层氧化石墨烯的尺寸＞5μm。
作为优化：所述的纺丝泵的纺丝的速度为1.0～2.0mL/h。
作为优化：所述的凝固浴中硝酸银的浓度为1～3wt％。
作为优化：所述的凝固浴中水与乙酸的体积比为20％～50％。
作为优化：所述的成型纤维干燥温度为60℃。
作为优化：所述的还原液为45％氢碘酸和乙醇的混合溶液，体积比为1:1。
作为优化：所述的乙醇溶液的浓度≥99％。
有益效果：银作为金属材料量子传输能力好，通过改变凝固浴，调整还原条件，得到银/石墨烯复合纤维，本发明制备的银/石墨烯复合纤维材料具有较高的机械强力和面积比电容，改善了储能性能，提高了其作为柔性储能纤维的应用价值。
基于银离子与可以通过库仑力吸附结合到氧化石墨烯表面，本发明通过改变凝固浴组成的方式，实现金属银与石墨烯的复合，获得机械性能和电学性能较好的银/石墨烯复合纤维，方法简单，不增加设备，操作简便。
附图说明
图1是本发明的Ag/rGOF-2的表面SEM图像示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
通过改进的Hummers法制备大片层氧化石墨烯，配制5mg/mL氧化石墨烯水分散体作为纺丝液；将纺丝液装入喷丝口内径为0.3mm的针筒中，以1mL/h的速度通过纺丝泵推进到1wt％硝酸银的乙酸水溶液凝固浴中，水与乙酸的体积比为20％；50℃烘干，将成型干燥后的纤维浸渍在体积比为1:1的45％氢碘酸和乙醇的混合溶液中，80℃的条件下保温8h，依次用乙醇溶液和去离子水清洗，60℃烘干，得到银/石墨烯复合纤维Ag/rGOF-1。
实施例2
通过改进的Hummers法制备大片层氧化石墨烯，配制10mg/mL氧化石墨烯水分散体作为纺丝液；将纺丝液装入喷丝口内径为0.3mm的针筒中，以1.5mL/h的速度通过纺丝泵推进到2wt％硝酸银的乙酸水溶液凝固浴中，水与乙酸的体积比为25％；55℃烘干，将成型干燥后的纤维浸渍在体积比为1:1的45％氢碘酸和乙醇的混合溶液中，90℃的条件下保温4h，依次用乙醇溶液和去离子水清洗，60℃烘干，得到银/石墨烯复合纤维Ag/rGOF-2。
实施例3
通过改进的Hummers法制备大片层氧化石墨烯，配制20mg/mL氧化石墨烯水分散体作为纺丝液；将纺丝液装入喷丝口内径为0.3mm的针筒中，以2mL/h的速度通过纺丝泵推进到3wt％硝酸银的乙酸水溶液凝固浴中，水与乙酸的体积比为30％；60℃烘干，将成型干燥后的纤维浸渍在体积比为1:1的45％氢碘酸和乙醇的混合溶液中，100℃的条件下保温2h，依次用乙醇溶液和去离子水清洗，60℃烘干，得到银/石墨烯复合纤维Ag/rGOF-3。
对纤维电学性能测试，测试结果如下：Ag/rGOF-1在扫速10mV·s-1下的面积电容为75.2mF/cm2，在相同扫描速率下，Ag/rGOF-2的面积电容为79.77mF/cm2，Ag/rGOF-3的面积电容为114.93mF/cm2。
对纤维的机械性能测试，测试结果如下：机械性能测试参照GB/T 14337-2008标准《化学纤维短纤维拉伸性能测试方法》。
表1不同处理方法对纤维的机械性能的影响
基于银离子与可以通过库仑力吸附结合到氧化石墨烯表面，本发明通过改变凝固浴组成的方式，实现金属银与石墨烯的复合，获得机械性能和电学性能较好的银/石墨烯复合纤维，方法简单，不增加设备，操作简便。
Claims (1)
1.一种银/石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、通过改进的Hummers法制备大片层氧化石墨烯，配制5mg/mL氧化石墨烯水分散体作为纺丝液；
步骤二、将纺丝液装入喷丝口内径为0.3mm的针筒中，通过纺丝泵推入凝固浴中，凝固浴为硝酸银的乙酸水溶液；其中，所述纺丝泵的纺丝速度为1.0mL/h，凝固浴中水与乙酸的体积比为20％；
步骤三、将成型的纤维于50℃干燥后浸渍在还原液中，80℃的条件下保温8h，依次用乙醇溶液和去离子水清洗，60℃烘干，得到银/石墨烯复合纤维Ag/rGOF，其中还原液为45％氢碘酸和乙醇的混合溶液中，体积比为1:1。
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