CN113789559B - 一种改性碳纤维及其制备方法与应用 - Google Patents

一种改性碳纤维及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性碳纤维及其制备方法与应用。所述制备方法包括：以酸性或碱性的碳量子点悬浮液作为电泳沉积液，通过电泳沉积方法使碳量子点在碳纤维表面沉积形成碳量子点层，从而获得改性碳纤维。本发明提供的制备方法成本低、操作简单、适用性强、处理效果好、纤维性能损失小，不易引起环境污染，降低化学品用量和产品成本，大量缩短改性时间，适合工业化连续生产。

Description

一种改性碳纤维及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于碳纤维改性技术领域，具体涉及一种改性碳纤维及其制备方法与应用。
背景技术
碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、抗蠕变等特性，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好，良好的导电导热性能、电磁屏蔽性能。利用碳纤维作为增强体的聚合物基复合材料以及陶瓷基复合材料越来越多应用于航空工业，军事，建筑机械，生物工程领域等。但是碳纤维表面结构为乱层石墨结构，化学惰性，边缘活性碳原子少，与树脂的浸润性差，不易与基体形成良好界面，复合材料的层间剪切强度低，影响复合材料性能。为了改善碳纤维增强树脂基复合材料的性能，须对碳纤维表面进行改性，以提高其与树脂的粘接能力。
近年来，电化学沉积技术在制备陶瓷材料，复合材料，涂层材料等方面都受到了极大的关注并研究，电泳沉积可以实现纳米尺寸到微米尺寸的多种功能薄膜或涂层的制备。
目前对于碳纤维的表面改性主要集中在增加碳纤维表面极性，反应活性位点，以及表面粗糙度等，主要方法有：(1)电化学氧化、化学氧化、等离子蚀刻等，使碳纤维表面物理和化学状态发生变化，形成腐蚀沟槽，并形成化学基团，但是电化学手段对碳纤维本身损伤较大，降低纤维强度；(2)化学气相沉积(CVD)在高温下使先驱体分子发生反应并以原子态沉积到碳纤维表面，具有沉积过程和组分精确控制等优点，但是沉积温度高，成本大，能耗高；(3)溶液浸渍涂敷法，工艺简单，但是涂层质量较差。因此，提供一种条件温和的改性碳纤维的方法是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种改性碳纤维及其制备方法与应用，其采用含丰富官能团的碳量子点在碳纤维表面电泳沉积改性碳纤维表面的制备方法，旨在制备均匀可控的碳量子点涂层的同时，不增加制备成本，并可用于碳纤维连续生产工艺中，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种改性碳纤维的制备方法，其包括：
以酸性或碱性的碳量子点悬浮液作为电泳沉积液，通过电泳沉积方法使碳量子点在碳纤维表面沉积形成碳量子点层，从而获得改性碳纤维。
本发明实施例还提供了前述方法制备的改性碳纤维，所述改性碳纤维包括碳纤维以及沉积于碳纤维表面的碳量子点层。
本发明实施例还提供了前述的改性碳纤维于荧光检测或电化学领域中的用途。
本发明实施例还提供了一种碳纤维的改性方法，其包括：
以碳量子点的悬浮液作为电泳沉积液，并将碳纤维、双极板分别与电源的两个电极连接，通过电泳沉积的方法在所述碳纤维的表面沉积形成碳量子点层；
其中，所述电泳沉积液的pH值为5～6或8～9；所述碳量子点包括含羧基碳量子点和/或含氨基碳量子点。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明提供了采用两种含丰富官能团的碳量子点在碳纤维表面电泳沉积制备改性碳纤维的制备方法，将未上浆或脱浆后的碳纤维放入含有碳量子点和醇类的水溶液中进行电泳沉积处理，得到表面含有碳量子点层的碳纤维，该方法形成的改性碳纤维具有丰富的官能团，可以制备高性能的复合材料；
(2)本发明提供的电泳沉积液配方和电泳沉积工艺，可以获得表面均匀、平整的电泳沉积层，并对沉积层进行表征，通过扫描电子显微镜观察样品的表面形貌，平整均匀覆盖在碳纤维上，通过扫描探针显微镜观察到纤维的粗糙度明显增加；
(3)电泳沉积作为一种条件温和的处理方法改性碳纤维，操作简单，可有效解决其他浸渍改性方法处理碳纤维时时常发生的团聚、粘接问题，同时不损伤增强体纤维本身的力学性能；
(4)本发明提供的方法成本低、操作简单、适用性强、处理效果好、纤维性能损失小，不易引起环境污染，降低化学品用量和产品成本，大量缩短改性时间，适合工业化连续生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一典型实施方案中电泳沉积制备改性碳纤维的示意图；
图2为本发明实施例6中制备的改性碳纤维的光学显微镜照片；
图3为本发明实施例6中制备的改性碳纤维的扫描探针显微镜(SPM)图片；
图4为本发明实施例6中制备的改性碳纤维的场发射扫面电镜(SEM)照片；
图5为本发明实施例6中制备的改性碳纤维与水的接触角；
图6a-图6b为本发明实施例6中制备的改性碳纤维的XPS分析图。
具体实施方式
鉴于现有技术的缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，其通过电泳沉积法将碳量子点沉积到碳纤维表面，在纳米尺度改性碳纤维，既解决了其他涂层制备方法，如浸渍法中碳纤维之间产生的团聚粘接问题，又增加表面粗糙度，增加与树脂的化学相容性，提升界面作用力，提高纤维增强树脂基复合材料的界面剪切强度。
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
本发明实施例的一个方面提供的一种改性碳纤维的制备方法包括：
以酸性或碱性的碳量子点悬浮液作为电泳沉积液，通过电泳沉积方法使碳量子点在碳纤维表面沉积形成碳量子点层，从而获得改性碳纤维。
具体的，本发明首先将碳量子点分散在乙醇溶液中，带电的碳量子点经静电斥力和粒子间的长程范德华力共同作用分散在溶液中形成稳定的悬浮液，当在悬浮液中施加一个稳定电场时，碳量子点便沿着电场方向进行电泳，到达纤维表面沉积形成碳量子点涂层。
在一些较为具体的实施方案中，所述碳量子点包括含羧基碳量子点和/或含氨基碳量子点
进一步的，所述碳量子点的粒径小于10nm。
进一步的，所述含羧基碳量子点采用先驱体-硅树脂共凝胶水热法制得。
进一步的，所述含氨基碳量子点由苯二胺通过水热法制得。
在一些较为具体的实施方案中，所述电泳沉积液中碳量子点的浓度为0.05～0.5mg/mL。
在一些较为具体的实施方案中，所述电泳沉积液中采用的溶剂包括醇类水溶液。
进一步的，所述醇类水溶液包括乙醇水溶液和/或异丙醇水溶液，且不限于此。
进一步的，所述乙醇水溶液中乙醇的体积百分含量为70～95％。
在一些较为具体的实施方案中，所述制备方法还包括：将含羧基碳量子点超声分散于溶剂中，并采用碱性物质调节pH值为8～9，形成所述电泳沉积液。
进一步的，所述碱性物质包括氢氧化钠、氨水、叔丁醇钾中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
在一些较为具体的实施方案中，所述制备方法还包括：将含氨基碳量子点超声分散于溶剂中，并采用酸性物质调节pH值为5～6，形成所述电泳沉积液。
进一步的，所述酸性物质包括盐酸、硝酸、乙酸中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
在一些较为具体的实施方案中，所述制备方法具体包括：
以以含羧基碳量子点的悬浮液作为电泳沉积液，将碳纤维、双极板分别与电源正极、负极连接；或者，以含氨基碳量子点的悬浮液作为电泳沉积液，将碳纤维、双极板分别与电源负极、正极连接；
以及，通过电泳沉积的方法在所述碳纤维的表面沉积形成碳量子点层，其中电泳沉积液的温度为25～30℃，直流电源输出电压为10～30V，电泳时间为10～600s。
进一步的，所述碳纤维设置于双极板之间，所述双极板之间的距离为20mm。
进一步的，所述双极板包括不锈钢双极板，且不限于此。
进一步的，所述电泳时间为10～300s。
在一些较为具体的实施方案中，所述碳纤维包括1D单向纤维束和/或2D编制纤维布，且不限于此。
在一些较为具体的实施方案中，所述制备方法还包括：先对碳纤维进行脱浆处理。
进一步的，所述脱浆处理包括：将碳纤维于80～90℃进行索氏提取12～24h，再进洗涤干燥处理，优选为85℃。
在一些更为具体的实施方案中，所述改性碳纤维的制备方法包括：
(1)碳纤维的预处理：对碳纤维进行脱浆处理，将碳纤维放入索氏提取器中，在85℃恒温油浴条件下抽提24h，使用无水乙醇和去离子水交替清洗数次，再将洗涤后的碳纤维干燥处理；
(2)电泳沉积液的配置：先将无水乙醇和水按照一定比例混合得到混合溶液；将碳量子点加入到上述混合溶液中并超声30min进行分散；添加一定量的酸或碱调节溶液的pH并搅拌处理，得到深棕色的电泳沉积液；
(3)沉积过程：采用含羧基碳量子点的电泳沉积液时，将碳纤维连接直流电源正极，不锈钢双极板连接电源负极；或者，采用含氨基碳量子点的电泳沉积液时，将碳纤维连接直流电源负极，不锈钢双极板连接电源正极；
其中电泳沉积液的温度为25～30℃，电压为50～150V/m，电泳时间为10～300s；将电泳沉积后的碳纤维室温下干燥处理。
本发明中提供了两种碳量子点在碳纤维表面电泳沉积改性碳纤维的通用方法。
在一些更为具体的实施方案中，含羧基碳量子点改性碳纤维的制备方法包括：
含羧基碳量子点的电泳沉积液组分及配比如下：
乙醇溶液 300ml
含羧基碳量子点 0.05～0.5mg/mL
碱调节pH＝8～9；
以含羧基碳量子点为起始原料，将其分散在一定比例的乙醇水溶液中，添加一定量的碱调节至pH＝8～9；将分散液置于容器中，将未上浆的碳纤维置于容器的中心处，碳纤维两侧附加不锈钢平板电极，构成双负极电泳体系，将未上浆的碳纤维连接电源正极，将不锈钢双极板连接电源负极，通过直流电源附加电场，以含羧基碳量子点的乙醇溶液作为电泳沉积液进行电泳沉积后，即得到表面含碳量子点涂层的改性碳纤维，(电泳沉积的装置示意图如图1所示)。
本发明中含羧基量子点改性碳纤维的电泳沉积的装置示意图如图1所示，从图1看出本发明提供的制备方法操作简单，经改造可连续化生产改性碳纤维，成本低廉。
本发明中所述的未上浆的碳纤维可经由对常规市售碳纤维进行退浆处理获得，且本发明提供了一种优选的脱浆处理方案：将碳纤维放入索氏提取器回流装置中，丙酮作为回流溶剂，加热回流，然后洗涤干燥；
进一步，所述加热回流的条件为85℃反应24h。
进一步的，所述洗涤条件为使用丙酮和去离子水交替清洗数次。
进一步的，所述的含羧基碳量子点采用先驱体-硅树脂共凝胶水热法制备所得，原料先驱体葡萄糖封装在硅凝胶中，经水热炭化提纯得到，粒径小于10nm。
进一步的，所述的碱为NaOH或者氨水的一种。
进一步的，所述的碳纤维为1D单向纤维束或2D编制纤维布。
进一步的，所述的电泳沉积液的温度控制在25℃～30℃。
进一步的，电泳沉积结束后进行干燥处理，温度为室温，时间为24h。
进一步的，所述电泳沉积液中碳量子点的浓度为0.05～0.5mg/mL，乙醇水溶液中乙醇的体积分数为70～95vol％。
更进一步的，所述的碳量子点浓度为0.1mg/mL、0.3mg/mL或0.5mg/mL中的任一者。
进一步优选的，所述乙醇水溶液中乙醇的体积分数为75vol％、85vol％或95vol％中的任一者。
进一步的，所述电泳沉积条件包括：直流电源输出电压为10～30V，沉积时间为10～600s。
更进一步的，所述直流电源输出电压为10V、20V或30V中的任一者。
更进一步的，沉积时间为10s、30s、60s、300s或600s中的任一者。
更进一步的，电泳沉积的负极为304不锈钢双电极。
在一些更为具体的实施方案中，含氨基碳量子点改性碳纤维的制备方法包括：
含氨基碳量子点的电泳沉积液组分及配比如下：
乙醇溶液 300ml
含氨基碳量子点 0.05～0.5mg/ml
盐酸调节pH＝5～6；
以含氨基碳量子点为起始原料，将其分散在一定比例的乙醇水溶液中，添加一定量的盐酸调节至pH＝5～6；将分散液置于容器中，将脱浆后的碳纤维置于容器的中心处，碳纤维两侧附加不锈钢平板电极，将碳纤维连接电源负极，将不锈钢双极板连接电源正极，通过直流电源附加电场，以含氨基碳量子点的醇溶液作为电泳沉积液进行电泳沉积后，即得到表面含碳量子点涂层的改性碳纤维。
进一步的，所述的含氨基碳量子点采用通用的水热法，以苯二胺为原料制备所得，粒径小于10nm。
进一步的，所述的碳纤维为1D单向纤维束或2D编制纤维布。
进一步的，所述的电泳沉积液温度控制在25℃～30℃。
进一步的，所述电泳沉积结束后进行干燥处理，温度为室温，时间为24h。
进一步的，所述电泳沉积液中碳量子点的浓度为0.05～0.5mg/mL，所述乙醇水溶液中乙醇的体积分数为75～95vol％。
更进一步，所述电泳沉积液中碳量子点浓度为0.1mg/mL、0.3mg/mL或0.5mg/mL中的任一者。
更进一步，所述乙醇水溶液中乙醇的体积分数为90vol％或95vol％中的任一者。
进一步，所述电泳沉积条件包括：直流电源输出电压为10～30V，沉积时间为10～600s。
更进一步的，所述直流电源输出电压为10V、20V或30V中的任一者。
更进一步的，沉积时间为10s、30s、60s、300s或600s中的任一者。
更进一步的，电泳沉积的正极为304不锈钢双电极。
本发明实施例的另一个方面还提供前述方法制备的改性碳纤维，所述改性碳纤维包括碳纤维以及沉积于碳纤维表面的碳量子点层。
进一步的，所述碳量子点层的厚度为100～150nm。
本发明实施例的另一个方面还提供了前述的改性碳纤维于荧光检测或电化学领域中的用途。
本发明实施例的另一个方面还提供了一种碳纤维的改性方法，其包括：
以碳量子点的悬浮液作为电泳沉积液，并将碳纤维、双极板分别与电源的两个电极连接，通过电泳沉积的方法在所述碳纤维的表面沉积形成碳量子点层；
其中，所述电泳沉积液的pH值为5～6或8～9；所述碳量子点包括含羧基碳量子点和/或含氨基碳量子点。
下面结合若干优选实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
下面所用的实施例中所采用的实验材料，如无特殊说明，均可由常规的生化试剂公司购买得到。
本发明制备的改性碳纤维的测试方法采用下述仪器进行表征：
表面形貌：测试仪器为Verios G4 UC热场发射扫描电子显微镜
粗糙度：测试仪器为Dimension 3100扫描探针显微镜
接触角：测试仪器为OCA25视频接触角测量仪
元素分析：测试仪器为Axis Ultra DLD型X射线光电子能谱仪。
实施例1
(1)将碳纤维放入索氏提取器回流装置中，丙酮作为回流溶剂，在85℃恒温条件下反应24h，回流结束后使用无水乙醇和去离子水交替清洗数次，再将洗涤后的碳纤维室温下干燥。
(2)将无水乙醇加入到去离子水中，得到体积分数为75％的乙醇水溶液。
(3)将含羧基的碳量子点加入到步骤(2)的乙醇水溶液中，超声处理30min，得到浓度为0.05mg/mL的碳量子点乙醇水溶液，颜色呈透明的棕黄色，用氢氧化钠将沉积液的pH值调节至pH＝8，颜色呈深棕色。
(4)将步骤(3)得到的碳量子点的乙醇水溶液加入到电泳池中作为电泳沉积液，将不锈钢双电极连接电源负极，将碳纤维连接电源正极，直流电源输出电压为10V，温度为30℃，沉积时间10s，将电泳沉积后的碳纤维放置在干燥器内室温干燥24h，即获得改性碳纤维。
实施例2
(1)将碳纤维放入索氏提取器回流装置中，丙酮作为回流溶剂，在85℃恒温条件下反应24h，回流结束后使用无水乙醇和去离子水交替清洗数次，再将洗涤后的碳纤维室温下干燥。
(2)将乙醇加入到去离子水中，得到体积分数为85％的乙醇水溶液。
(3)将含羧基的碳量子点加入到步骤(2)的乙醇水溶液中，超声处理30min，得到浓度为0.5mg/mL的碳量子点乙醇水溶液，颜色呈透明的棕黄色，用氢氧化钠将沉积液的pH值调节至pH＝9，颜色呈深棕色。
(4)将步骤(3)得到的碳量子点的乙醇水溶液加入到电泳池中作为电泳沉积液，将不锈钢双电极连接电源负极，将碳纤维连接电源正极，直流电源输出电压为30V，温度为28℃，沉积时间600s，将电泳沉积后的碳纤维放置在干燥器内室温干燥24h，即获得改性碳纤维。
实施例3
(1)将碳纤维放入索氏提取器回流装置中，丙酮作为回流溶剂，在85℃恒温条件下反应24h，回流结束后使用无水乙醇和去离子水交替清洗数次，再将洗涤后的碳纤维室温下干燥。
(2)将无水乙醇加入到去离子水中，得到体积分数为95％的乙醇水溶液。
(3)将含氨基的碳量子点加入到步骤(2)的乙醇水溶液中，超声处理30min，得到浓度为0.1mg/mL的碳量子点乙醇水溶液，用盐酸将沉积液的pH值调节至pH＝5，颜色呈棕色。
(4)将步骤(3)得到的碳量子点的乙醇水溶液加入到电泳池中作为电泳沉积液，将不锈钢双电极连接电源正极，将碳纤维连接电源负极，直流电源输出电压为30V，温度为25℃，沉积时间100s，将电泳沉积后的碳纤维放置在干燥器内室温干燥24h，即获得改性碳纤维。
实施例4
(1)将碳纤维放入索氏提取器回流装置中，丙酮作为回流溶剂，在85℃恒温条件下反应24h，回流结束后使用无水乙醇和去离子水交替清洗数次，再将洗涤后的碳纤维室温下干燥。
(2)将无水乙醇加入到去离子水中，得到体积分数为95％的乙醇水溶液。
(3)将含氨基的碳量子点加入到步骤(2)的乙醇水溶液中，超声处理30min，得到浓度为0.1mg/mL的碳量子点乙醇水溶液，用盐酸将沉积液的pH值调节至pH＝6，颜色呈棕色。
(4)将步骤(3)得到的碳量子点的乙醇水溶液加入到电泳池中作为电泳沉积液，将不锈钢双电极连接电源正极，将碳纤维连接电源负极，直流电源输出电压为20V，温度为25℃，沉积时间300s，将电泳沉积后的碳纤维放置在干燥器内室温干燥24h，即获得改性碳纤维。
实施例5
(1)将碳纤维放入索氏提取器回流装置中，丙酮作为回流溶剂，在85℃恒温条件下反应24h，回流结束后使用无水乙醇和去离子水交替清洗数次，再将洗涤后的碳纤维室温下干燥。
(2)将无水乙醇加入到去离子水中，得到体积分数为85％的乙醇水溶液。
(3)将含羧基的碳量子点加入到步骤(2)的乙醇水溶液中，超声处理30min，得到浓度为0.3mg/mL的碳量子点乙醇水溶液，用氢氧化钠将沉积液的pH值调节至pH＝8，颜色呈深棕色。
(4)将步骤(3)得到的碳量子点的乙醇水溶液加入到电泳池中作为电泳沉积液，将不锈钢双电极连接电源负极，将碳纤维连接电源正极，直流电源输出电压为30V，温度为30℃，沉积时间10s，将电泳沉积后的碳纤维放置在干燥器内室温干燥24h，即获得改性碳纤维。
实施例6
(1)将碳纤维放入索氏提取器回流装置中，丙酮作为回流溶剂，在85℃恒温条件下反应24h，回流结束后使用无水乙醇和去离子水交替清洗数次，再将洗涤后的碳纤维室温下干燥。
(2)将无水乙醇加入到去离子水中，得到体积分数为95％的乙醇水溶液。
(3)将含羧基的碳量子点加入到步骤(2)的乙醇水溶液中，超声处理30min，得到浓度为0.3mg/mL的碳量子点乙醇水溶液，用氢氧化钠将沉积液的pH值调节至pH＝8，颜色呈深棕色。
(4)将步骤(3)得到的碳量子点的乙醇水溶液加入到电泳池中作为电泳沉积液，将不锈钢双电极连接电源负极，将碳纤维连接电源正极，直流电源输出电压为10V，温度为25℃，沉积时间60s，将电泳沉积后的碳纤维放置在干燥器内室温干燥24h，即获得改性碳纤维。
性能表征：
图2为本发明实施例6中制备的改性碳纤维的光学显微镜照片，从图2中可以看出，在光学显微镜下和拉曼测试下，改性碳纤维具有明显的荧光效应；图3为本发明实施例6中制备的改性碳纤维的扫描探针显微镜(SPM)图片；图4为本发明实施例6中制备的改性碳纤维的场发射扫面电镜(SEM)照片；从图3和图4看出，改性碳纤维表面均匀覆盖一层碳量子点涂层，并且粗糙度明显增加；图5为本发明实施例6中制备的改性碳纤维与水的接触角；从图5可以看出，碳量子点改性碳纤维的接触角变小，表面能增加(未改性碳纤维的接触角为123℃，经碳量子点改性的碳纤维接触角降低到76.5℃，结合OWRK几何平均法和杨氏方程计算，表面能大幅提升)；图6a-图6b为本发明实施例6中制备的改性碳纤维的XPS分析图，从图6a-6b的XPS元素分析看出，所获得的改性碳纤维表面氧含量大大提高，且主要基团为C＝O和C-O，氧含量达到19％。
实施例7
(1)将碳纤维放入索氏提取器回流装置中，丙酮作为回流溶剂，在85℃恒温条件下反应24h，回流结束后使用无水乙醇和去离子水交替清洗数次，再将洗涤后的碳纤维室温下干燥。
(2)将无水乙醇加入到去离子水中，得到体积分数为95％的乙醇水溶液。
(3)将含氨基的碳量子点加入到步骤(2)的乙醇水溶液中，超声处理30min，得到浓度为0.3mg/mL的碳量子点乙醇水溶液，用氢氧化钠将沉积液的pH值调节至pH＝6，颜色呈深棕色。
(4)将步骤(3)得到的碳量子点的乙醇水溶液加入到电泳池中作为电泳沉积液，将不锈钢双电极连接电源正极，将碳纤维连接电源负极，直流电源输出电压为30V，温度为30℃，沉积时间60s，将电泳沉积后的碳纤维放置在干燥器内室温干燥24h，即获得改性碳纤维。
实施例8
(1)将碳纤维放入索氏提取器回流装置中，丙酮作为回流溶剂，在85℃恒温条件下反应24h，回流结束后使用无水乙醇和去离子水交替清洗数次，再将洗涤后的碳纤维室温下干燥。
(2)将无水乙醇加入到去离子水中，得到体积分数为95％的乙醇水溶液。
(3)将含氨基的碳量子点加入到步骤(2)的乙醇水溶液中，超声处理30min，得到浓度为0.5mg/mL的碳量子点乙醇水溶液，用盐酸将沉积液的pH值调节至pH＝6，颜色呈棕色。
(4)将步骤(3)得到的碳量子点的乙醇水溶液加入到电泳池中作为电泳沉积液，将不锈钢双电极连接电源正极，将碳纤维连接电源负极，直流电源输出电压为10V，温度为25℃，沉积时间300s，将电泳沉积后的碳纤维放置在干燥器内室温干燥24h，即获得改性碳纤维。
实施例9
(1)将碳纤维放入索氏提取器回流装置中，丙酮作为回流溶剂，在85℃恒温条件下反应24h，回流结束后使用无水乙醇和去离子水交替清洗数次，再将洗涤后的碳纤维室温下干燥。
(2)将无水乙醇加入到去离子水中，得到体积分数为95％的乙醇水溶液。
(3)将含羧基碳量子点加入到步骤(2)的乙醇水溶液中，超声处理30min，得到浓度为0.5mg/mL的碳量子点乙醇水溶液，用氢氧化钠将沉积液的pH值调节至pH＝8，颜色呈深棕色。
(4)将步骤(3)得到的碳量子点的乙醇水溶液加入到电泳池中作为电泳沉积液，将不锈钢双电极连接电源负极，将碳纤维连接电源正极，直流电源输出电压为20V，温度为30℃，沉积时间10s，将电泳沉积后的碳纤维放置在干燥器内室温干燥24h，即获得改性碳纤维。
此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。
应当理解，本发明的技术方案不限于上述具体实施案例的限制，凡是在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改性碳纤维的制备方法，其特征在于包括：
先对碳纤维进行脱浆处理；其中，所述碳纤维选自1D单向纤维束；
将含羧基碳量子点超声分散于溶剂中，并采用碱性物质调节pH值为8~9，形成电泳沉积液，同时将碳纤维、双极板分别与电源正极、负极连接；或者，将含氨基碳量子点超声分散于溶剂中，并采用酸性物质调节pH值为5~6，形成电泳沉积液，同时将碳纤维、双极板分别与电源负极、正极连接；其中，所述含羧基碳量子点或含氨基碳量子点的粒径小于10nm；所述含羧基碳量子点采用先驱体-硅树脂共凝胶水热法制得；所述含氨基碳量子点由苯二胺通过水热法制得；所述电泳沉积液中含羧基碳量子点或含氨基碳量子点的浓度为0.05~0.5mg/mL；所述电泳沉积液中采用的溶剂为醇类水溶液；
以及，通过电泳沉积方法使含羧基碳量子点或者含氨基碳量子点在碳纤维表面沉积形成碳量子点层，从而获得改性碳纤维；其中，电泳沉积液的温度为25~30℃，电压为50~150V/m，电泳时间为10~600s；所述碳量子点层的厚度为100~150nm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述醇类水溶液选自乙醇水溶液和/或异丙醇水溶液；所述乙醇水溶液中乙醇的体积百分含量为70~95%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述碱性物质选自氢氧化钠、氨水、叔丁醇钾中的任意一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述酸性物质选自盐酸、硝酸、乙酸中的任意一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述碳纤维设置于双极板之间，所述双极板之间的距离为20mm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述双极板选自不锈钢双极板。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述电泳时间为10~300s。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述脱浆处理包括：将碳纤维于80~90进行索氏提取12~24h，再进洗涤干燥处理。
9.由权利要求1-8中任一项所述方法制备的改性碳纤维，所述改性碳纤维包括碳纤维以及沉积于碳纤维表面的碳量子点层。
10.权利要求9所述的改性碳纤维于荧光检测或电化学领域中的用途。
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