CN114761354A

CN114761354A - 石墨烯、石墨烯组合物、利用其的石墨烯纤维的制备方法以及通过该方法制备的石墨烯纤维

Info

Publication number: CN114761354A
Application number: CN202080082085.6A
Authority: CN
Inventors: 朴善灿; 申圭淳; 姜亮远; 金炯哲
Original assignee: Dongjin Semichem Co Ltd
Current assignee: Dongjin Semichem Co Ltd
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2022-07-15
Also published as: KR20210086521A; WO2021137560A1

Abstract

本发明涉及石墨烯、包含该石墨烯的石墨烯组合物、利用该石墨烯的石墨烯纤维的制备方法以及通过所述制备方法制得的石墨烯纤维，本发明的石墨烯的特征在于，包含取代基，所述取代基含有一个以上的醚基和一个以上的胺基。

Description

石墨烯、石墨烯组合物、利用其的石墨烯纤维的制备方法以及通过该方法制备的石墨烯纤维

技术领域

本发明涉及含取代基的官能化的石墨烯、包含该石墨烯的石墨烯组合物、利用该石墨烯的石墨烯纤维的制备方法以及通过所述制备方法制得的石墨烯纤维。

背景技术

通常，石墨烯(graphene)具有优异的结构和化学稳定性以及导热性。此外，由于仅由一种相对较轻的元素即碳构成，易于加工一维或二维纳米图案。由于这些电气、结构、化学和经济特性，石墨烯有望在未来替代硅基半导体技术和透明电极，其优异的机械性能有望应用于柔性电子器件。

另一方面，石墨烯由于其疏水性而容易团聚，因此不易分散在大多数溶剂中，但具有相似表面能的溶剂如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和二甲基甲酰胺(DMF)除外。

为了解决这种问题，已知以往使用两亲性(amphipathic)分散剂的方法，其中，分散剂的疏水部分会吸附在石墨烯表面，亲水部分能够抑制相邻石墨烯之间的团聚，从而提高溶剂中的分散性。但是，由于这种方法是石墨烯和分散剂之间的物理键其缺点在于石墨烯的分散性很难长期保持。

在现有的石墨烯纤维的制备中，使用氧化石墨烯溶液或还原氧化石墨烯溶液作为原料(source)(下文中，也称为“分散液”)。当使用纯氧化石墨烯溶液作为原料时，在石墨烯纤维制造过程中的热处理过程中会出现很多缺陷，这样制得的石墨烯纤维的孔隙率会增加，最终可能导致机械性能、热性能和电气性能降低的问题。另外，即使使用还原氧化石墨烯溶液作为原料，也需要高含量的添加剂，并且难以制备分散性均匀的原料溶液，这样制得的石墨烯纤维不致密，由于取向不良，因此存在机械性能、热性能、电气性能降低的问题。

现有技术文献

韩国公开专利第10-2014-0049082号

发明内容

发明要解决的问题

为了解决上述问题，本发明的一目的在于，提供一种能够在分散液中被官能化为正电荷而具有优异的分散性的石墨烯。另外，本发明的另一目的在于，提供含有所述石墨烯的组合物、使用该组合物的石墨烯纤维的制造方法、以及通过该制造方法制造的石墨烯纤维。

用于解决问题的手段

本发明的一方面在于，提供一种包含一个以上的取代基的石墨烯，所述取代基各自独立地包含一个以上的醚基和一个以上的胺基。

本发明的另一方面在于，提供一种包含本发明一实施例的石墨烯的石墨烯组合物。

本发明的又一方面在于，提供一种石墨烯纤维制备方法以及通过该方法制备的石墨烯纤维，所述方法包括：制备本发明的一实施例的石墨烯的步骤；制备分散有所制得的所述石墨烯的分散液的步骤；以及将所制得的所述分散液纺丝至凝固浴内以制备石墨烯纤维的步骤。

发明效果

本发明的一实施例的石墨烯在与溶剂混合的分散液中表现出优异的分散性。因此，在使用该石墨烯制备石墨烯纤维的情况下，能够制得表面和形状均匀的石墨烯纤维，并且可以减少在热处理过程中可能出现的缺陷，从而能够制得低孔隙率的石墨烯纤维。以这种方式制得的石墨烯纤维致密且呈压缩状态，因此可以表现出优异的机械性能、电气性能和热性能。通过这些性能，本发明制得的石墨烯纤维可作为增强塑料强度的增强材料，还可应用于汽车、飞机、休闲用品等轻量化材料。

本发明的效果不限于以上效果，应当理解为包括可以从本发明的详细说明或权利要求中描述的本发明的结构推断的所有效果。

附图说明

图1是示出本发明的一实施例的石墨烯纤维的制备方法的示意图。

具体实施方式

下面，参照所附实施例和附图说明本发明。然而，本发明可以以各种不同的形式实现，因此，不限于本文所说明的实施例。

本说明书中使用的术语，仅用于说明特定实施例，并不旨限制本发明。除非上下文明确表示，否则单数的表示还包括复数的表示。除非另有说明，所有百分比、份数、比率等均以重量计。本说明书使用的所有表示成分、如分子量的性质、反应条件等的量的数字应理解为在所有情况下均由术语“约”修饰。

在本说明书中，当某一部分“包括”某一部分时，除非另有说明，否则不排除其他构成要素的存在和/或与其他构成要素的组合，而是进一步包括其他构成要素。

除非另有说明或定义，本说明书使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义。

本发明的一实施方式提供一种石墨烯，所述石墨烯包含一个以上的取代基，所述取代基各自独立地包含一个以上的醚基(ether)和一个以上的胺基。

本说明书中使用的术语“石墨烯”可指，以碳原子在二维上通过sp²键连接成六边形的方式形成排列且具有对应于碳原子层的厚度的半金属材料。所述石墨烯包括石墨烯、氧化石墨烯(GO)以及还原氧化石墨烯(rGO)、石墨烯纳米片(GNP)等。

本发明通过将如上所述的石墨烯以特定取代基官能化，使其在分散液内带正电荷，从而使其具有优异的分散性。

在本发明的一体现例中，包含一个以上的醚基和一个以上的胺基的所述取代基，可由下述化学式1表示。

[化学式1]

*—(AH_m)—B—D_n-1

所述化学式1中，

A为N、O、S、P、Si或Se，具体可以为N。这样的A可以作为亲核试剂，是反应性优异的材料，与石墨烯的环氧化物等反应，使化学式1的取代基与石墨烯键合。进而，特别是当A为N时，在分散液中带正电荷，从而能够进一步提高石墨烯的分散性。

所述化学式1中，H为氢。

所述化学式1中，m为0至2的整数，并且可根据A而不同。

在所述化学式1中，星号(*)表示取代基的键合位点，具体地，可表示键合至石墨烯的位点，更具体地，可表示石墨烯的环氧化物等的环与开放位点键合的位点。

在所述化学式1中，B可以为n价的有机基团，其中，n可以为2至10的整数。具体地，B可以为取代或未取代的碳原子数1至10的烃基。

更具体地，B可以为下述式中的任意一个。

在上述式中，星号(*)中的任意一个表示键合至所述化学式1的A的位点，其余分别表示供所述化学式1的D键合的位点。如上所述，n-1个D可分别键合至B。

所述B的取代基可以为选自由氢、氘、卤素、氨基、氰基、腈基、硝基、C₁～₃₀烷基、C₂～C₃₀烯基、C₁～C₃₀烷氧基、C₃～C₂₀环烷基、C₃～C₂₀杂环烷基、C₁～C₃₀硫基、C₆～C₃₀芳基和C₂～C₃₀杂芳基构成的组中的一种。

在所述化学式1中，一个或多个D可各自独立的包含一个以上的醚基和末端的胺基，具体地，可由下述化学式2表示。

[化学式2]

*—(OC_aR_2a)_y—NR₁R₂

在所述化学式2中，星号(*)表示取代基的键合位点，具体可以表示键合至所述化学式1的B的位点。

所述化学式2中，O为氧，C为碳，N为氮。

在所述化学式2中，R各自独立的选自由氢、氘、卤素、氨基、氰基、腈基、硝基、取代或未取代的C₁～C₃₀烷基、取代或未取代的C₂～C₃₀烯基、取代或未取代的C₂～C₃₀炔基、取代或未取代的C₁～C₃₀烷氧基、取代或未取代的C₃～C₂₀环烷基、取代或未取代的C₃～C₂₀杂环烷基、取代或未取代的C₁～C₃₀硫基、取代或未取代的C₆～C₃₀芳基和取代或未取代的C₂～C₃₀杂芳基构成的组中的一种。

在所述化学式2中，R₁和R₂各自独立的选自由取代或未取代的C₁～C₃₀烷基、取代或未取代的C₂～C₃₀烯基、取代或未取代的C₂～C₃₀炔基、取代或未取代的C₁～C₃₀烷氧基、取代或未取代的C₃～C₂₀环烷基、取代或未取代的C₃～C₂₀杂环烷基、取代或未取代的C₁～C₃₀硫基、取代或未取代的C₆～C₃₀芳基和取代或未取代的C₂～C₃₀杂芳基构成的组中的一种。

具体地，取代或未取代的C₁～C₃₀烷基可以为直链或支链，例如可包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基和1-甲基丁基。取代或未取代的C₂～C₃₀烯基，例如，可包括乙烯基、丙烯基和2-丁烯基。取代或未取代的C₂～C₃₀炔基例如可包括乙炔基、丙炔基和2-丁炔基。取代或未取代的C₃～C₂₀环烷基例如可包括环戊基、环己基和3-甲基环己基。取代或未取代的C₃～C₂₀杂环烷基可包含选自O、S和N的一个以上的杂原子，例如，可包含四氢呋喃、四氢吡喃和哌啶。取代或未取代的C₃～C₁₀环烯基例如可包括2-环己烯基。取代或未取代的C₁～C₁₀杂环炔基可包括选自O、S和N中的一个以上的杂原子。取代或未取代的C₆～C₃₀芳基例如可包括苯基、苄基、甲基苯基、萘基。C₂～C₆₀杂芳基可包括选自B、N、O、S、P(＝O)、Si和P中的一个以上的杂原子，例如可包括吡啶基、嘧啶基、喹啉基、异喹啉基、嘌呤基和吖啶基。

具体地，R可以为氢，R₁和R₂可以各自独立的为下述式中的任意一个。

在所述化学式1中，所述D可以为1至n-1个，当所述D为两个以上时，各D可彼此相同或不同。

在所述化学式2中，a可以为1至6的整数。

在所述化学式2中，y可以为1至99的整数，具体地，可以为1至50的整数，更具体地，可以为1至30的整数，再具体地，可以为1至10的整数。

在所述化学式2中，—(OCaR_2a)_y—中的—(OCaR_2a)—可以各自独立的为

在所述化学式2中，可包含一个或两个以上所述—(OC_aR_2a)—，当所述—(OC_aH_2a)—为两个以上时，各—(OC_aR_2a)—可彼此相同或不同。

包含如上所述的取代基的本发明的石墨烯，由于包含至少一个以上的胺基，所以在分散液内带正电荷，从而能够提高石墨烯的分散性，并使得以上述方法制备的石墨烯纤维的机械性能、热性能和电气性能优异。

在本发明的一体现例中，所述化学式1可由下述化学式3至化学式7中的任意一个表示。

[化学式3]

[化学式4]

[化学式5]

[化学式6]

[化学式7]

在所述化学式3至7中，R₁、R₂和y的定义与化学式2中的相同。

在本发明的一体现例中，基于石墨烯的氧含量，包含取代基的官能化的石墨烯可以以1％至90％，具体地10％至60％的量被官能化。

本发明的另一方面提供了一种石墨烯组合物，石墨烯组合物包含通过包含上述取代基而被官能化的石墨烯。其中，石墨烯组合物可以是分散有本发明的石墨烯的分散液，也可以是能够用于制造石墨烯纤维的原料溶液。

具体地，基于组合物的总重量，官能化石墨烯的含量可以为0.5重量％至3重量％。更具体地，可以为1重量％至3重量％。如果官能化石墨烯大于3重量％时，分散液的粘度可能变得过高，如果低于0.5重量％时，则官能化石墨烯的浓度低，可能会出现石墨烯纤维不能排列成纤维形状的问题。

在本发明的一体现例中，石墨烯组合物可以包含溶剂和含取代基的官能化石墨烯，并且根据需要还可以包含pH调节剂。

所述溶剂可用于分散官能化石墨烯，具体而言，可使用极性溶剂，例如水、蒸馏水或醇，但没有特别限制。

可以添加所述pH调节剂以使官能化石墨烯在组合物(分散液)中带有更高的正电荷，作为所述pH调节剂可使用HCl、H₂SO₄、HNO₃和CH₃COOH等。通过添加如上所述的pH调节剂，可使石墨烯组合物的pH值为8以下，具体地，可以为7以下。

在本发明的一体现例中，石墨烯组合物还可添加有添加剂。作为添加剂可以包括分散剂和用于防止堆积(Stacking)的聚合物等。具体地，分散剂可以是表面活性剂，更具体地，可以是与所述阴离子表面活性剂不同的表面活性剂，但不特别限于此，可使用聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone，PVP)或十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate，SDS)等。

本发明的另一方面，提供一种石墨烯纤维的制备方法。

如图1所示，本发明的石墨烯纤维的制备方法，可以是通过湿法纺丝(wetspinning)法制备的方法。

具体地，本发明的石墨烯纤维的制备方法包括：步骤S100，制备含取代基的官能化石墨烯；步骤S200，制备分散有所制得的所述石墨烯的分散液；以及步骤S300，将所述分散液纺丝至凝固浴内以制备石墨烯纤维。

首先，制备石墨烯的步骤S100包括：步骤S110，混合石墨烯、用于对所述石墨烯进行官能化的胺化合物以及溶剂来制备混合物；以及步骤S120，对所述混合物进行热处理。

在制备所述混合物的步骤S110中，石墨烯可包括石墨烯、氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(rGO)、石墨烯纳米片(GNP)，具体地，可以为氧化石墨烯(GO)。

所述胺化合物可由与所述化学式1对应的下述化学式1'表示。

[化学式1']

(AH_m)—B—D_n-1

在所述化学式1'中，A、H、B、D、m、n的定义与所述化学式1和化学式2中的相同。为使石墨烯和胺化合物能够均匀混合而使用所述溶剂。可使用极性溶剂，例如水、蒸馏水或醇，但没有特别限制。

这种溶剂可以在对所述混合物进行热处理的步骤S120中被去除，或者，可在制备混合物的步骤S110之后且对混合物进行热处理的步骤S120之前，追加进行去除溶剂的步骤S115来去除溶剂。具体地，去除溶剂的步骤S115还可包括洗涤或过滤的过程，以去除官能化石墨烯之外的溶剂等物质。

处理所述混合物的步骤S120是对石墨烯进行官能化的步骤，可在50℃至400℃，具体在50℃至300℃，进行10分钟至200小时，具体可进行30分钟至120小时。

通过上述方法制备的石墨烯与如上所述的本发明的石墨烯相同。

接着，制备分散液的步骤S200可包括将在上述的制备石墨烯的步骤S100中制备的石墨烯分散在溶剂中的制备分散液的步骤。具体地，通过混合官能化石墨烯和溶剂来制备分散液，根据需要还可添加pH调节剂。

可以添加所述pH调节剂以使官能化石墨烯在组合物(分散液)中带有更高的正电荷，可使用HCl、H₂SO₄、HNO₃和CH₃COOH等。通过添加如上所述的pH调节剂，可使石墨烯组合物的pH值为8以下，具体地，可以为7以下。

基于分散液的总重量，所述石墨烯的含量可以为0.5重量％至3重量％，具体地，可以为1重量％至3重量％。如果官能化石墨烯大于3重量％时，分散液的粘度可能变得过高，如果低于0.5重量％时，则官能化石墨烯的浓度低，可能会出现石墨烯纤维不能排列成纤维形状的问题。

如上所述的本发明分散液，通过包含官能化石墨烯，即使不使用额外的分散剂或相比于传统方法使用极少量的分散剂，也能够显示出显著提高的溶剂中的分散性。

接着，制备石墨烯纤维的步骤S300可包括将在上述制备分散液的步骤S200中制备的分散液纺丝至凝固浴内的步骤。

所述凝固浴包含阴离子化合物，起到使分散在分散液中的官能化石墨烯团聚的作用，并且可以具体包括阴离子化合物和溶剂。随着分散液纺丝至上述凝固浴，可以形成纤维形式的石墨烯纤维。

所述阴离子化合物只要是具有负电荷的化合物就可以没有特别限制地使用，具体而言，可以使用阴离子表面活性剂或阴离子高分子。

所述阴离子表面活性剂可以为选自由十二烷基硫酸铵(ammonium dodecylsulfate，ADS)、十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate，SDS)、十二烷基醚硫酸钠(sodium lauryl ether sulfate，SLES)、月桂酰肌氨酸钠(sodium lauroylsarcosinate)、聚山梨醇酯(polysorbate)和辛基酚乙氧基化物(octylphenolethoxylate)构成的组中的一种以上。

并且，所述阴离子高分子可以为聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)。

基于凝固浴的总重量，这些阴离子化合物的含量可以为0.005重量％至10重量％。当所述阴离子化合物的量大于10重量％时，可能存在阴离子化合物不溶于溶剂中的问题。

所述溶剂可使用极性溶剂，例如水、蒸馏水或醇，但不限于此。

在上述的制备石墨烯纤维的步骤S300之后，还可包括对所制得的石墨烯纤维进行热处理的步骤S400。

具体地，对石墨烯纤维进行热处理的步骤S400，可以通过在相同或不同温度下应用一个或两个以上的步骤(step)来进行热处理。热处理温度可以为100℃至3000℃，具体地，可以为400℃至2900℃，热处理维持时间可以为30分钟至5小时，热处理气氛可以在氮或氩气氛中进行，但不限于此。

本发明又一方面在于，提供通过上述本发明石墨烯纤维制备方法来制得的石墨烯纤维。

本发明的石墨烯纤维的抗张强度可以为500MPa以上，具体地，可以为600MPa以上，更具体地，可以为700MPa。电导率可以为0.6X10⁶S/m以上，具体地，可以为0.7X10⁶S/m以上。热导率可以为500W/m.K以上，具体地，可以为600W/m.K以上。

下面，通过制备例、实施例和比较列对本发明进行具体说明。下述制备例、实施例和比较列仅用于示例本发明，本发明的范围并不限于制备例、实施例和比较列。

制备例1.分散液的制备

比较例1.氧化石墨烯分散液的制备

通过使用硫酸和高锰酸钾处理石墨的悍马方法(Hummer's method)来制得氧化石墨烯。将纯化后的氧化石墨烯(GO)放置在蒸馏水中进行30分钟的探头声波处理，制得含有1.5重量％的氧化石墨烯的分散液。

比较例2.还原氧化石墨烯分散液的制备

向在所述比较例1中制得的氧化石墨烯分散液中加入肼，在80℃搅拌6小时。之后，将制得的反应溶液过滤，滤饼用离心机纯化，制得还原氧化石墨烯(rGO)粉末。

将还原的氧化石墨烯粉末和添加剂PVP(5重量％)加入至蒸馏水中，进行20分钟的探头声波处理，制得含有1.5重量％的还原氧化石墨烯的分散液。

比较例3.还原氧化石墨烯分散液的制备

将在所述比较例2中制得的还原氧化石墨烯(rGO)、添加剂SDS(5重量％)和PVP(5重量％)加入至蒸馏水中，进行20分钟探针声波处理，制得含有1.5重量％的还原氧化石墨烯的分散液。

比较例4.还原氧化石墨烯分散液的制备

将在所述比较例2中制得的还原氧化石墨烯(rGO)和添加剂SDS(5重量％)加入至蒸馏水中，进行20分钟探针声波处理，制得含有1.5重量％的还原氧化石墨烯的分散液。

比较例5.胺官能化氧化石墨烯分散液的制备

将在所述比较例1中制得的氧化石墨烯加入至蒸馏水中，制得0.4重量％的氧化石墨烯水溶液。然后，添加4重量％的1,3-丙胺(SAMCHUN CHEMICALS)。将混合溶液在100℃搅拌120小时。反应完成后，通过离心机和透析纯化除去溶液中未反应的胺和杂质。将纯化的胺官能化氧化石墨烯再分散在蒸馏水中以制得其中纯化的胺官能化氧化石墨烯为1.5重量％的分散液，并且向所述分散液中进一步添加0.5至3g的0.1M的HCl，以使最终分散液的pH值为8以下。

比较例6和7.醚官能化氧化石墨烯分散液的制备

将在所述比较例1中制得的氧化石墨烯加入至蒸馏水中，制得0.4重量％的氧化石墨烯水溶液。然后，添加4重量％的三甘醇(比较例6)或者三甘醇单甲醚(比较例7)。将混合溶液在100℃搅拌120小时。反应完成后，通过离心机和透析纯化除去溶液中未反应的醚和杂质。将纯化的醚官能化氧化石墨烯再分散在蒸馏水中以制得其中纯化的醚官能化氧化石墨烯为1.5重量％的分散液。

实施例1至4.本发明的官能化氧化石墨烯分散液的制备

除了将所添加的胺化合物替换为下表1中所示的胺化合物之外，以与所述比较例5相同的方式制得官能化氧化石墨烯为1.5重量％的分散液。

实施例5至8.本发明的官能化氧化石墨烯分散液的制备

除了将分散液内的官能化氧化石墨烯的含量分别调节为下表1中所示的含量之外，以与所述实施例1相同的方法制备了官能化氧化石墨烯分散液。

表1

#F-GO：官能化氧化石墨烯(Functionalized graphene oxide)

#()内物质：官能化胺化合物种类

制备例2.凝固浴的制备

制备例2-1.凝固浴1的制备

在锥形瓶中加入0.5g的作为阴离子表面活性剂的十六烷基三甲基溴化铵(cetyltrimethyl ammonium bromide，CTAB，大井化金株式会社)，加入蒸馏水至1000g，然后在室温下搅拌2小时，制得0.05重量％的凝固浴1。

制备例2-2.凝固浴2的制备

在锥形瓶中加入0.5g的作为阴离子表面活性剂的十二烷基硫酸钠(sodiumdodecyl sulfate，SDS，Sigma-Aldrich)，加入蒸馏水至1000g，然后在室温下搅拌2小时，制得0.05重量％的凝固浴2。

制备例3.制备石墨烯纤维

将比较例1至7和实施例1至8中制得的各分散液放入注射器中，连接针头并安装在注射器泵中。将制得的凝固浴1或凝固浴2放入凝固浴槽中，并将针头放入凝固浴中。此时，比较例1至4、6至7使用凝固浴1，比较例5和实施例1至8使用凝固浴2。

之后，将注射器泵以150ml/h的速度纺丝至凝固浴中，将得到的石墨烯纤维与各轮连接并进行缠绕。缠绕的石墨烯纤维用水洗涤，然后在室温下干燥24小时。

制备例4.石墨烯纤维的热处理过程

将在所述制备例3中制得的各石墨烯纤维放入窑炉(S-1700T-100，Hantech Co.,Ltd.)中，以+10℃/min的速度将窑炉升温至500℃，在氮气氛(流量100cc)下进行1小时的热处理过程。之后，以+10℃/min的速度升温至1500℃后，在氮气氛(流量100cc)下进行1小时热处理。

实验例1.石墨烯纤维的抗张强度、电导率以及热导率测量

测量在所述制备例4中制得的各石墨烯纤维的抗张强度、电导率和热导率。使用通用材料测试仪(Instron-5543，Instron)测量抗张强度，并且使用电导率测量仪(Keithly2400，Keithly Instruments)以4点(4point)法测量电导率。热导率是在一定量的电流通过加热元件后，测量样品接地部分的温度随时间的变化，并将其转换为热导率值。结果如下表2所示。

表2

实验结果，当使用包含氧化石墨烯(GO)的分散液即比较例1时，可以看出机械性能、电气性能和热性能都偏低。可以推测这是因为在制备石墨烯纤维后的热处理过程中，酸自由基和缺陷导致孔隙率增加所引起的。

此外，即使使用含有还原氧化石墨烯(rGO)的分散液即比较例3和4，也可看出机械性能、电气性能和热性能都偏低。可以推测这是因为包含高含量的添加剂，且难以获得均匀的分散液，而导致石墨烯纤维的表面粗糙且纤维不致密所引起的。就比较例2而言，可以看出还原氧化石墨烯(rGO)的分散性太低，以至于根本没有形成石墨烯纤维。

即使使用包含醚基官能化氧化石墨烯的分散液即比较例6和7，也与比较例1一样，可以看出机械性能、电气性能和热性能都偏低。可以推测这是因为在制备石墨烯纤维后的热处理过程中，由于酸自由基和缺陷导致孔隙率增加所引起的。

与含有用胺官能化的氧化石墨烯的分散液即比较例5相比，使用含有用官能团官能化的本发明的氧化石墨烯的分散液即实施例1至4的情况下，抗张强度、电导率和热导率均优于比较例5，其中上述官能团含有一个以上醚基和一个以上胺基。尤其，当使用实施例5时，即基于分散液总重量包含3重量％的官能化氧化石墨烯的分散液体时，可确认到抗张强度、电导率和热导率最优异。然而，如实施例8，当使用3.5wt％的官能化氧化石墨烯时，随着分散液的固含量增加，稳定性降低并且稳定性变得相对不均匀，因此可判断在制造纤维时所测得的抗张强度、导电率和热导率低于实施例5。如实施例6和7，分散液浓度低时，由于凝固浴中的相互团聚的力弱，因此可判断所测得的抗张强度、导电率和热导率低于实施例1。

由于市场上沥青(Pitch)碳纤维的热导率按各产品等级(grade)为200～600W/mK，因此本专利中热导率为600W/mK以上的石墨烯纤维有望用作散热材料。

因此，当醚基与胺基一起包含在官能团中时，官能化氧化石墨烯在分散液中表现出优异的分散度，在使用其来制备石墨烯纤维的情况下，所制得的石墨烯纤维不仅表面和形状均匀，并且能够减少在热处理过程中出现的缺陷，最终可制备具有低孔隙率石墨烯纤维。

即，与使用SDS、PVP等表面活性剂将还原氧化石墨烯(rGO)分散起来的分散液相比，如本发明的实施例，通过包含醚基和胺基的官能团对氧化石墨烯进行官能化而分散的分散液，其分散性更优异，因此可以确认通过这种方法制备的石墨烯纤维的抗张强度、导电率和热导率均具有优异的值。

上述对本发明的描述是为了举例说明，本发明所属领域的普通技术人员可以理解，在不改变本发明的技术思想或必要特征的情况下，可以很容易地修改为其他具体形式。因此，应当理解，上述实施例在所有方面都是示例性的，而不是限制性的。例如，描述为单一类型的每个组件可以以分散的形式实现，同样地，描述为分散式的构成要素也可以以组合的形式实现。

应理解为本发明的范围由所附权利要求书表示，并且能够从权利要求书的含义、范围及其等同概念中导出的所有变更或修改均包括于本发明的范围内。

Claims

1.一种石墨烯，其特征在于，

包含一个以上的取代基，

所述取代基各自独立地包含一个以上的醚基和一个以上的胺基。

2.根据权利要求1所述的石墨烯，其特征在于，

所述取代基由下述化学式1表示：

[化学式1]

*—(AH_m)—B—D_n-1

在所述化学式1中，

A为N、O、S、P、Si或Se，

B为n价的有机基团，

D各自独立地包含一个以上的醚基和末端的胺基，

m为0至2的整数，

n为2至10的整数，

*表示键合至石墨烯的位点。

3.根据权利要求2所述的石墨烯，其特征在于，

所述D由下述化学式2表示：

[化学式2]

*—(OC_aR_2a)_y—NR₁R₂

在所述化学式2中，

R各自独立地选自由氢、氘、卤素、氨基、氰基、腈基、硝基、取代或未取代的C₁～C₃₀烷基、取代或未取代的C₂～C₃₀烯基、取代或未取代的C₂～C₃₀炔基、取代或未取代的C₁～C₃₀烷氧基、取代或未取代的C₃～C₂₀环烷基、取代或未取代的C₃～C₂₀杂环烷基、取代或未取代的C₁～C₃₀硫基、取代或未取代的C₆-C₃₀芳基和C₂-C₃₀杂芳基构成的组中的一个，

R₁和R₂各自独立地选自由取代或未取代的C₁～C₃₀烷基、取代或未取代的C₂～C₃₀烯基、取代或未取代的C₂～C₃₀炔基、取代或未取代的C₁～C₃₀烷氧基、取代或未取代的C₃～C₂₀环烷基、取代或未取代的C₃～C₂₀杂环烷基、取代或未取代的C₁～C₃₀硫基、取代或未取代的C₆-C₃₀芳基和C₂-C₃₀杂芳基构成的组中的一个，

a为1至6的整数，

y为1至99的整数，

*表示键合至所述化学式1的B的位点。

4.根据权利要求3所述的石墨烯，其特征在于，

所述*—(OC_aR_2a)—*各自独立地为