JP6004507B2 - グラフェン繊維およびその形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維素材に関し、特にグラフェン繊維およびその形成方法に関する。

グラフェンは、二次元炭素の新しい同素体であるとともに、早い時期から広く注目を集めている。グラフェンは、既知の全ての素材の中で最も高い強度、および優れた電気伝導率と熱伝導率を有する。そのため、グラフェンは、高性能繊維、エアロゲル、薄いフィルム、およびナノ複合素材を形成するための理想のアセンブリユニット（ａｎ ｉｄｅａｌ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｕｎｉｔ）として使用されることができ、前記グラフェン繊維は、酸化グラフェン液晶を用いることによって継続的に形成することができる新しい種類の高性能多機能繊維素材である。グラフェン繊維の形成の間、非導電性の酸化グラフェンは、化学的還元または熱還元の作用の元で、導電性のグラフェンへと変換される。しかしながら、酸化グラフェンの還元を通じて取得される前記グラフェンは、依然として構造的に伝導率が不十分であり、グラフェン繊維の電気伝導率の改善を大きく制限していることを実験的試験は、示している。

本発明の態様は、グラフェン繊維およびその形成方法を提供し、前記グラフェン繊維が、酸化グラフェンの還元を通じて取得されたグラフェンにおける構造的な伝導率の不十分さを除去するとともに、それによって優れた電気伝導率を提示する（ｅｘｈａｂｉｔｓ）ものである。

グラフェン繊維は、金属ナノワイヤー添加グラフェン繊維の複合繊維であって、前記複合繊維の主成分が、グラフェンおよび金属ナノワイヤーであり、ナノワイヤーの質量比が０．１％〜５０％であり、前記グラフェンが、シートの形であり、前記金属ナノワイヤーおよびグラフェンシートの両方が、前記グラフェン繊維の軸方向に沿って平行に配置されるものである。

グラフェン繊維形成方法は、主に３つのステップを含む。まず、質量分率が０．１％〜５０％である金属ナノワイヤーを、質量濃度が０．３％〜３％である酸化グラフェン液晶に加え、その後１００〜１０００ｒｐｍの速度で均一に撹拌して酸化グラフェン−金属ナノワイヤー紡糸ゾルを形成し、次に、前記取得された酸化グラフェン−金属ナノワイヤー紡糸ゾルを、押出速度１〜１００ｍＬ／ｈで直径５〜５００μｍの紡糸管を通過させるとともに、フィラメントへと凝固するために５〜８０°Ｃの凝固液剤中に１〜１００ｓの間浸漬し、その後、金属ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維を得るために前記フィラメントを洗浄するとともに乾燥させ、０．１〜１００ｈの還元のために、前記取得された金属ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維を還元剤中に置き、その後、金属ナノワイヤー添加グラフェン繊維を得るために洗浄を実行するか、あるいは熱還元を実行する。

上記のグラフェン繊維およびその形成方法のために、前記形成の間、酸化グラフェン金属ナノワイヤー紡糸ゾルにおいて紡糸が実行され、前記紡糸プロセスの間、紡糸流場（ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ）の処理における前記酸化グラフェン金属ナノワイヤー紡糸ゾルは、酸化グラフェンシートがより規則正しいやり方（ｏｒｄｅｒｌｙ ｆａｓｈｉｏｎ）で前記繊維の軸方向に沿って配置されることを可能にする。一方で、前記紡糸ゾル内に分散された前記金属ナノワイヤーが前記繊維の軸方向に沿って配置されることを促進し、微細構造を形成するために前記酸化グラフェンシートおよび前記金属ナノワイヤーが規則正しいやり方で前記繊維の軸方向に沿って配置される。前記グラフェンシートにおける欠陥によって引き起こされる抵抗と重層グラフェンシート中に形成された粒子の境界抵抗とを減少させるために、前記繊維の軸方向に沿って配置された前記金属ナノワイヤーは、グラフェンの表面に取り付けられるとともに、グラフェン積層の境界に結合され、それによって金属ワイヤー添加グラフェン繊維の電気伝導性における著しい改善を実現する。

本発明の実施形態における技術的解決手法または、従来技術をより明確に説明するために、以降では、実施形態または従来技術を説明するために必要な添付の図面を簡潔に紹介する。以降の説明における前記添付の図面は、単にいくつかの本発明の実施形態を示すのみであることは明白であり、当業者は、創造的な努力をすることなくこれらの添付の図面から他の図面を導出することが出来る。

図１は、本発明の実施形態によるグラフェン繊維の表面の走査電子顕微鏡写真である。 図２は、本発明の実施形態によるグラフェン繊維の断面の走査電子顕微鏡写真である。 図３は、本発明の実施形態による銀ナノワイヤー添加グラフェン繊維の微細構造の概要図である。

以降では、本発明の実施形態の添付の図面を参照して本発明の実施形態における技術的解決手法が、明確かつ完全に説明される。説明される実施形態が、本発明の実施形態の全てではなく、単なる一部であることは明白である。当業者によって創造的な努力をすることなく本発明の実施形態に基づいて取得される全ての他の実施形態は、本発明の保護範囲に含まれるべきである。

実施形態１
図１において図示されるように、本発明の実施形態１において提供されるグラフェン繊維は、金属ナノワイヤー添加グラフェン繊維の複合繊維であって、前記複合繊維の主成分がグラフェンおよび金属ナノワイヤーであり、ナノワイヤーの質量比が、０．１％〜５０％であって、前記グラフェンが、シートの形であり、前記金属ナノワイヤーおよびグラフェンシートの両方が、前記グラフェン繊維の軸方向に沿って平行に配置される。

金属ナノワイヤー添加グラフェン繊維の表面の走査電子顕微鏡の写真が、図１において図示される。前記グラフェン繊維における前記ナノワイヤーは、縦方向に配置され、前記金属ナノワイヤー添加グラフェン繊維の断面の前記走査電子顕微鏡写真は、図２において図示され、前記グラフェンは、シートの形で平行に分散される。矢印によって示されるスポットは、前記金属ナノワイヤーの端面であり、前記ナノワイヤーが、紙面に対して垂直に、かつ前記グラフェンシートに対して平行に配置されていることが見て取れる。

前記グラフェン繊維は、一次元繊維であるとともに、直径１μｍ〜５００μｍであり、前記繊維の長さは、数１００メートルに達することがあり、その典型的な直径は、１０μｍである。

前記金属ナノワイヤー添加グラフェンの複合繊維は、グラフェン液晶に湿式紡糸方法を適用することによって形成され、酸化グラフェン液晶および金属ナノワイヤーが、原材料として使用される。高電気伝導性金属ナノワイヤー添加グラフェン繊維を取得するために、前記金属ナノワイヤー添加グラフェン繊維が、まず前記湿式紡糸方法を用いることによって取得され、その後還元プロセスが、ヒドラジン水和物、水素化ホウ素ナトリウム、ビタミンＣ、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、酢酸、またはそれらの混合物のような還元剤を用いて実行されるか、または熱還元プロセスが、温度２００°Ｃ〜１０００°Ｃで実行される。

前記金属ナノワイヤーの質量比は、０．５％、２０％、または５０％である。

前記形成プロセス中の前記金属ナノワイヤーは、金ナノワイヤー、銀ナノワイヤー、銅ナノワイヤー、Ｐｔナノワイヤー、イリジウムナノワイヤー、ロジウムナノワイヤー、Ｆｅナノワイヤー、ニッケルナノワイヤー、コバルトナノワイヤー、酸化亜鉛ナノワイヤー、チタニウムナノワイヤー、およびそれらのナノワイヤーの合金ナノワイヤーまたはハイブリッドナノワイヤーである。

前記金属ナノワイヤーは、直径３〜３００ｎｍであるとともに、長さ１００ｎｍ〜５０μｍである。

図３において図示されるように、前記金属ナノワイヤーが、銀ナノワイヤーであるとき、前記銀ナノワイヤーは、互いに平行であるとともに前記グラフェンシートに対して平行であり、かつ前記繊維の軸方向に沿って配置され、前記銀ナノワイヤー添加グラフェン繊維が、高い電気伝導性、強度、強靭性を示し、前記形成された銀ナノワイヤー添加グラフェン繊維の前記電気伝導性は、前記紡糸プロセス、前記金属ナノワイヤーの添加量、前記還元プロセス等を制御することによって、ある程度改善される。最も高い電気伝導率は、９３０００Ｓ／ｍに達し、最も高い電流容量は、７１００Ａ／ｃｍ^２に達し、引張強度は、３００ＭＰａより高く保たれ、破断時の伸びは、５％前後に保たれる。

前述の金属ナノワイヤー添加グラフェン繊維は、新しい種類の高性能多機能繊維素材であり、金属ナノワイヤーの添加を通じてグラフェン繊維の電気伝導性の著しい改善を達成する一方で、優れた引張強度および強靭性を示す。前記金属ナノワイヤー添加グラフェン繊維は、複数の分野において将来的に使用されるための利点を提供し、例えば、軽量で柔軟なワイヤーとして使用される。

前述のグラフェン繊維は、著しい伝導性能を持つ。その理由は、前記グラフェン繊維の前記形成の間、酸化グラフェン金属ナノワイヤー紡糸ゾルにおいて紡糸が実行され、前記紡糸プロセスの間、紡糸流場の前記処理における前記酸化グラフェン金属ナノワイヤー紡糸ゾルは、酸化グラフェンシートが前記繊維の軸方向に沿って配置されることを可能にする。前記紡糸ゾル内に分散された前記金属ナノワイヤーが前記繊維の軸方向に沿って配置されることを促進し、微細構造を形成するために前記酸化グラフェンシートおよび前記金属ナノワイヤーが規則正しいやり方で前記繊維の軸方向に沿って配置される。前記グラフェンシートにおける不足によって引き起こされる抵抗と前記重層グラフェンシート中に形成された前記粒子の境目の抵抗とを減少させるために、前記繊維の軸方向に沿って配置された前記金属ナノワイヤーは、前記グラフェンの表面に取り付けられるとともにグラフェン積層の境目に結合される。それによって、金属ワイヤー添加グラフェン繊維の電気伝導性の著しい改善を実現するためである。

実施形態２
実施形態２において提供されるグラフェン繊維形成方法は、酸化グラフェンを形成し、酸化グラフェン液晶を形成するために酸化グラフェンを溶剤に分散し、酸化グラフェン−金属ナノワイヤー紡糸ゾルを形成するために金属ナノワイヤーを前記酸化グラフェン液晶に加え、湿式紡糸を実行し、かつ金属ナノワイヤー添加グラフェン繊維を取得するために前記取得された金属ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維において還元を実行するための酸化方法を具体的に採用する。前記方法は、以下のステップを含む。

ステップ２０１：質量分率が０．１％〜５０％の金属ナノワイヤーを質量濃度が０．３％〜３％の酸化グラフェン液晶に加え、その後、１００〜１０００ｒｐｍの速度で均一に撹拌して酸化グラフェン−金属ナノワイヤー紡糸ゾルを形成する。

ステップ２０２：ステップ２０１において取得された前記酸化グラフェン金属ナノワイヤー紡糸ゾルを、押出速度１〜１００ｍＬ／ｈで直径５〜５００μｍの紡糸管を通過させるとともに、フィラメントへと凝固するために５〜８０°Ｃの凝固液剤中に１〜１００秒の間浸漬し、その後、金属ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維を得るために、前記フィラメントを洗浄するとともに乾燥させる。

ステップ２０３：ステップ２０２において取得された前記金属ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維を０．１〜１００ｈの間還元剤中に置き、金属ナノワイヤー添加グラフェン繊維を得るために、洗浄を実行するか、あるいは熱還元を実行する。

ステップ２０１において使用される前記酸化グラフェン液晶は、溶剤に一定量の酸化グラフェンを加えるとともに、撹拌することによって取得され、前記溶剤は、水、Ｎ，Ｎージメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎージメチルアセトアミド、Ｎーメチルー２ーピロリドン、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノールおよびエチレングリコールを含み、使用される前記酸化グラフェンは、天然のグラファイトまたは、熱分解性のグラファイトの酸化によって形成される。

ステップ２０１において使用される前記金属ナノワイヤーは、金ナノワイヤー、銀ナノワイヤー、銅ナノワイヤー、Ｐｔナノワイヤー、イリジウムナノワイヤー、ロジウムナノワイヤー、Ｆｅナノワイヤー、ニッケルナノワイヤー、コバルトナノワイヤー、酸化亜鉛ナノワイヤー、チタニウムナノワイヤー、合金ナノワイヤー、またはそれらのナノワイヤーのハイブリッドナノワイヤーを含み、前記金属ナノワイヤーは、直径３〜３００ｎｍであるとともに、長さ１００ｎｍ〜５０μｍである。

ステップ２０２において使用される前記凝固液剤は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、塩化カルシウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化第二鉄溶液、および酢酸エチルのような有機溶剤を含む．

ステップ２０３において使用される前記還元剤は、ヒドラジン水和物、水素化ホウ素ナトリウム、ビタミンＣ、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、酢酸、およびそれらの混合物を含む。

ステップ２０３において使用される前記熱処理の温度範囲は、２００^ｏＣから１０００^ｏＣの間であるとともに、その時間の範囲は、１から１００時間である。

前述の方法を用いることによって取得される前記高電気伝導性金属ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維は、還元の後に前記グラフェンを配置および積層する（ｓｔａｃｋｉｎｇ）とともに金属ナノワイヤーを軸方向に沿って配置および積層することによって形成され、前記繊維の直径は、１〜５００μｍであり、引張強度は１０〜８００ＭＰａであり、破断時の伸びは、０．２〜１０％であり、かつ電気伝導性は、１００００Ｓ／ｍを超える。

前述のグラフェン繊維形成方法は、高伝導性金属ナノワイヤー添加グラフェン繊維を形成するための溶剤紡糸手法を採用し、前記方法は、処理が容易であるとともに環境に優しく、かつ前記取得された高伝導性金属ナノワイヤーは、高い強度、強靭性、および優れた電気伝導性を持つ。

以下の表は、前述のグラフェン繊維形成方法において、取得される金属ナノワイヤー添加グラフェン繊維の直径、長さ、電気伝導性、電流容量、引張強度、および破断時の伸びが、酸化グラフェン水晶の濃度、酸化グラフェン水晶溶剤、金属ナノワイヤーの種類、金属ナノワイヤーの質量率、および還元プロセスにしたがって変化し得ることを示す。詳細には、以下の表に記載され、各行に載せられた採用された具体的な素材または成分割合が、実施形態３から７にそれぞれ対応する。

実施形態３
本発明の実施形態３において提供されるグラフェン繊維形成方法は、具体的な処理手順に関して実施形態２において提供された前記方法と同様である。唯一の相違点は、グラフェン繊維を形成するために使用されるグラフェン液晶の濃度、酸化グラフェン液晶溶剤、金属ナノワイヤーの種類、金属ナノワイヤーの質量率、還元プロセス等が異なる点にある。前記方法は、具体的には以下のステップを含む。

ステップ３０１：質量分率が０．５％の銀ナノワイヤーを質量濃度が０．３％の酸化グラフェン液晶分散液に加え、その後、１００ｒｐｍの速度で均一に撹拌して、酸化グラフェン−銀ナノワイヤー紡糸ゾルを形成する。

ステップ３０２：ステップ３０１において取得された前記酸化グラフェン−銀ナノワイヤー紡糸ゾルを、押出速度１ｍＬ／ｈで直径３０μｍの紡糸管を通過させるとともに、フィラメントへと凝固させるために５°Ｃの５ｗｔ％塩化カルシウム水溶液に１００ｓの間浸漬し、その後、銀ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維を得るために前記フィラメントを洗浄および乾燥させる。

ステップ３０３：１時間の還元のために、前記銀ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維を９０°Ｃの３０％ヨウ化水素酸中に置き、その後、高伝導性銀ナノワイヤー添加グラフェン繊維を得るために洗浄を実行する。

この実施形態において提供される前記形成方法を用いることによって取得される前記高伝導性銀ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維は、還元の後に前記グラフェンを配置および積層するとともに、銀ナノワイヤーを前記繊維の軸方向に沿って配置および積層することによって形成され、前記繊維の直径は、１μｍであり、引張強度は、８００ＭＰａであり、破断時の伸びは、５％であり、電気伝導性は、５００００Ｓ／ｍを超える。

実施形態４
本発明の実施形態４において提供されるグラフェン繊維形成方法は、具体的な運用手順に関して実施形態２において提供された前記方法と同様である。唯一の相違点は、グラフェン繊維を形成するために使用されるグラフェン液晶の濃度、酸化グラフェン液晶溶剤、金属ナノワイヤーの種類、金属ナノワイヤーの質量率、還元プロセス等が異なる点にある。前記方法は、具体的には以下のステップを含む。

ステップ４０１：質量分率が５０％の銅ナノワイヤーを質量濃度が０．３％である酸化グラフェン液晶Ｎ，Ｎージメチルホルムアミド相分散に加え、その後、１００ｒｐｍの速度で均一に撹拌して、酸化グラフェン−銀ナノワイヤー紡糸Ｎ，Ｎージメチルホルムアミドゾルを形成する。

ステップ４０２：ステップ４０１において取得された前記酸化グラフェン−銀ナノワイヤー紡糸Ｎ，Ｎージメチルホルムアミドゾルを、押出速度１ｍＬ／ｈで直径５０μｍの紡糸管を通過させるとともに、フィラメントへと凝固させるために２５°Ｃの酢酸エチル溶剤に１００ｓの間浸漬し、その後、銅ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維を得るために前記フィラメントを洗浄および乾燥させる。

ステップ４０３：１時間の還元のためにステップ４０２において取得された前記銅ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維を９０°Ｃの０．１％ヒドラジン水和物溶液中に置き、その後、高伝導性銅ナノワイヤー添加グラフェン繊維を得るために洗浄を実行する。

この実施形態において提供される前記形成方法を用いることによって取得される前記高伝導性銅ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維は、還元の後に前記グラフェンを配置および積層するとともに、銅ナノワイヤーを前記繊維の軸方向に沿って配置および積層することによって形成され、繊維の直径は、５μｍであり、引張強度は、４００ＭＰａであり、破断時の伸びは、５％であり、電気伝導性は、１００００Ｓ／ｍを超える。

実施形態５
本発明の実施形態５において提供されるグラフェン繊維形成方法は、具体的な運用手順に関して実施形態２において提供された前記方法と同様である。唯一の相違点は、グラフェン繊維を形成するために使用されるグラフェン液晶の濃度、酸化グラフェン液晶溶剤、金属ナノワイヤーの種類、金属ナノワイヤーの質量率、還元プロセス等が異なる点にある。前記方法は、具体的には以下のステップを含む。

ステップ５０１：質量分率が０．５％である金ナノワイヤーを質量濃度が３％である酸化グラフェン液晶Ｎ，Ｎージメチルホルムアミド相分散に加え、その後、１０００ｒｐｍの速度で均一に撹拌して、酸化グラフェン−金ナノワイヤー紡糸Ｎ，Ｎージメチルホルムアミドゾルを形成する。

ステップ５０２：ステップ５０１において取得された前記酸化グラフェン−金ナノワイヤー紡糸Ｎ，Ｎージメチルホルムアミドゾルを、押出速度１００ｍＬ／ｈで直径５００μｍの紡糸管を通過させるとともに、フィラメントへと凝固させるために５０°Ｃの酢酸エチル溶剤に１０ｓの間浸漬し、その後、金ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維を得るために前記フィラメントを洗浄および乾燥させる。

ステップ５０３：１時間の還元の還元のためにステップ５０２において取得された前記金ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維を１０００°Ｃより低い場所に置き、高伝導性金ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維を取得する。

この実施形態において提供される前記形成方法を用いることによって取得される前記高伝導性金ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維は、還元の後に前記グラフェンを配置および積層するとともに、金ナノワイヤーを前記繊維の軸方向に沿って配置および積層することによって形成され、前記繊維の直径は、５０μｍであり、引張強度は、１００ＭＰａであり、破断時の伸びは、５％であり、電気伝導性は、４００００Ｓ／ｍを超える。

実施形態６
実施形態６において提供されるグラフェン繊維形成方法は、具体的な運用手順に関して実施形態２において提供された前記方法と同様である。唯一の相違点は、グラフェン繊維を形成するために使用されるグラフェン液晶の濃度、酸化グラフェン液晶溶剤、金属ナノワイヤーの種類、金属ナノワイヤーの質量率、還元プロセス等が異なる点にある。前記方法は、具体的には以下のステップを含む。

ステップ６０１：質量分率が５０％である銀ナノワイヤーを質量濃度が３％である酸化グラフェン液晶分散液に加え、その後１０００ｒｐｍの速度で均一に撹拌して酸化グラフェン−銀ナノワイヤー紡糸ゾルを形成する。

ステップ６０２：ステップ６０１において取得された前記酸化グラフェン−銀ナノワイヤー紡糸ゾルを、押出速度１ｍＬ／ｈで直径５０μｍの紡糸管を通過させるとともに、フィラメントへと凝固させるために５°Ｃの５ｗｔ％水酸化ナトリウムエタノール溶液１０ｓの間浸漬し、その後、銀ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維を得るために前記フィラメントを洗浄および乾燥させる。

ステップ６０３：１０時間の還元のためにステップ６０２において取得された前記銀ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維を２００°Ｃより低い場所に置き、高伝導性銀ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維を取得する。

この実施形態において提供される前記形成方法を用いることによって取得される前記高伝導性銀ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維は、還元の後に前記グラフェンを配置および積層するとともに、銀ナノワイヤーを前記繊維の軸方向に沿って配置および積層することによって形成され、前記繊維の直径は、５μｍであり、引張強度は、３００ＭＰａであり、破断時の伸びは、５％であり、電気伝導性は、３００００Ｓ／ｍを超える。

実施形態７
本発明の実施形態７において提供されるグラフェン繊維形成方法は、具体的な運用手順に関して実施形態２において提供された前記方法と同様である。唯一の相違点は、グラフェン繊維を形成するために使用されるグラフェン液晶の濃度、酸化グラフェン液晶溶剤、金属ナノワイヤーの種類、金属ナノワイヤーの質量率、還元プロセス等が異なる点にある。前記方法は、具体的には以下のステップを含む。

ステップ７０１：質量分率が２０％である銀ナノワイヤーを質量濃度が０．５％である酸化グラフェン液晶分散液に加え、その後、１０００ｒｐｍの速度で均一に撹拌して、酸化グラフェン−銀ナノワイヤー紡糸ゾルを形成する。

ステップ７０２：ステップ７０１において取得された前記酸化グラフェン−銀ナノワイヤー紡糸ゾルを、押出速度１ｍＬ／ｈで直径１００μｍの紡糸管を通過させるとともに、フィラメントへと凝固させるために２５°Ｃの酢酸エチル溶液に１０ｓの間浸漬し、その後、銀ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維を得るために前記フィラメントを洗浄および乾燥させる。

ステップ７０３：１時間の還元のためにステップ７０２において取得された前記銀ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維を９０°Ｃの３０％ヨウ化水素酸中に置き、その後、１０時間の還元のために２００°Ｃより低い場所に置き、高伝導性銀ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維を取得する。

この実施形態において提供される前記形成方法を用いることによって取得される前記高伝導性銀ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維は、還元の後に前記グラフェンを配置および積層するとともに、銀ナノワイヤーを前記繊維の軸方向に沿って配置および積層することによって形成され、前記繊維の直径は、１０μｍであり、引張強度は、４００ＭＰａであり、破断時の伸びは、５％であり、電気伝導性は、９３０００Ｓ／ｍを超える。

最後に、前述の実施形態は、単に本発明の実施形態の技術的解決手法を説明するために提供されたものであり、本発明の実施形態の技術的解決手法を限定する意図はないことに注意しなければならない。しかしながら、本発明の実施形態は、例示の実施形態を参照して詳細に説明され、変形または等価な置換を本発明の実施形態の技術的解決手法の精神および保護範囲から逸脱することのなく本発明の実施形態にさらに行ってもよいことを、当業者は、理解しなければならない。

Claims (14)

1. グラフェン繊維であって、
   前記グラフェン繊維が、金属ナノワイヤー添加グラフェン繊維の複合繊維であって、
   前記複合繊維の主成分が、グラフェンおよび金属ナノワイヤーであり、金属ナノワイヤーの質量比が、０．１％〜５０％であり、前記グラフェンが、シートの形であり、前記金属ナノワイヤーおよびグラフェンシートの両方が、前記グラフェン繊維の軸方向に沿って平行に配置され、前記グラフェン繊維の軸方向に沿って配置された前記金属ナノワイヤーが、グラフェンの表面に取り付けられるとともに、グラフェン積層の境界に結合されている、グラフェン繊維。
2. 前記金属ナノワイヤーの質量比が０．５％〜５０％である、請求項１に記載のグラフェン繊維。
3. 前記金属ナノワイヤーの質量比が、０．５％、２０％、または５０％である、請求項２に記載のグラフェン繊維。
4. 前記金属ナノワイヤーが、金ナノワイヤー、銀ナノワイヤー、銅ナノワイヤー、Ｐｔナノワイヤー、イリジウムナノワイヤー、ロジウムナノワイヤー、Ｆｅナノワイヤー、ニッケルナノワイヤー、コバルトナノワイヤー、酸化亜鉛ナノワイヤー、チタニウムナノワイヤー、またはそれらのナノワイヤーの合金ナノワイヤーまたはハイブリッドナノワイヤーを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載のグラフェン繊維。
5. 前記金属ナノワイヤーが、銀ナノワイヤーである、請求項１から４のいずれか１項に記載のグラフェン繊維。
6. 前記金属ナノワイヤーが、直径３〜３００ｎｍであるとともに長さ１００ｎｍ〜５０μｍである、請求項１から４のいずれか１項に記載のグラフェン繊維。
7. 前記グラフェン繊維が、直径１μｍ〜５００μｍである、請求項１から４のいずれか１項に記載のグラフェン繊維。
8. グラフェン繊維形成方法であって、前記方法は、
   ステップＡ：質量分率が０．１％〜５０％である金属ナノワイヤーを、質量濃度が０．３％から３％である酸化グラフェン液晶に加え、その後１００〜１０００ｒｐｍの速度で均一に撹拌して酸化グラフェン−金属ナノワイヤー紡糸ゾルを形成するステップと、
   ステップＢ：ステップＡにおいて取得された前記酸化グラフェン−金属ナノワイヤー紡糸ゾルを、押出速度１〜１００ｍＬ／ｈで直径５〜５００μｍの紡糸管を通過させるとともに、フィラメントへと凝固するために５〜８０°Ｃの凝固液剤中に１〜１００秒の間浸漬し、その後、金属ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維を得るために前記フィラメントを洗浄するとともに乾燥させるステップと、
   ステップＣ：０．１〜１００ｈの還元のために、ステップＢにおいて取得された前記金属ナノワイヤー添加酸化グラフェン繊維を還元剤中に置き、その後、金属ナノワイヤー添加グラフェン繊維を得るために洗浄を実行するか、あるいは熱還元を実行するステップと、を含み、
   前記金属ナノワイヤーおよびグラフェンシートの両方が、前記グラフェン繊維の軸方向に沿って平行に配置され、前記グラフェン繊維の軸方向に沿って配置された前記金属ナノワイヤーが、グラフェンの表面に取り付けられるとともに、グラフェン積層の境界に結合される、グラフェン繊維形成方法。
9. ステップＡにおいて使用された前記酸化グラフェン液晶が、溶剤に一定量の酸化グラフェンを加えるとともに撹拌することによって取得され、
   前記溶剤が、水、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、またはエチレングリコールを含む、請求項８に記載のグラフェン繊維形成方法。
10. 前記酸化グラフェン液晶の前記質量濃度が０．３％、０．５％、または３％である、請求項９に記載のグラフェン繊維形成方法。
11. 前記グラフェン繊維における前記金属ナノワイヤーの質量比が、０．５％、２０％、または５０％である、請求項８から１０のいずれか１項に記載のグラフェン繊維形成方法。
12. 前記金属ナノワイヤーが、金ナノワイヤー、銀ナノワイヤー、銅ナノワイヤー、Ｐｔナノワイヤー、イリジウムナノワイヤー、ロジウムナノワイヤー、Ｆｅナノワイヤー、ニッケルナノワイヤー、コバルトナノワイヤー、酸化亜鉛ナノワイヤー、チタニウムナノワイヤー、またはそれらのナノワイヤーの合金ナノワイヤーまたはハイブリッドナノワイヤーを含む、請求項８から１１のいずれか１項に記載のグラフェン繊維形成方法。
13. 前記金属ナノワイヤーが、銀ナノワイヤーである、請求項８から１２のいずれか１項に記載のグラフェン繊維形成方法。
14. 前記金属ナノワイヤーが、直径３〜３００ｎｍであるとともに、長さ１００ｎｍ〜５０μｍである、請求項８から１２のいずれか１項に記載のグラフェン繊維形成方法。

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