碳纳米管-石墨烯复合纤维及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109468711A(43)申请公布日2019.03.15(21)申请号201811139979.5(22)申请日2018.09.28(71)申请人北京化工大学地址100029北京市朝阳区北三环东路15号(72)发明人童元建徐樑华高爱君李常清曹维宇王宇赵振文(74)专利代理机构北京力量专利代理事务所(特殊普通合伙)11504代理人宋林清(51)Int.Cl.D01F9/12(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称碳纳米管-石墨烯复合纤维及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种碳纳米管-石墨烯复合纤维及其制备方法和应用，该方法包括：(1)将氧化石墨烯进行与溶剂混合后进行超声分散，得到氧化石墨烯纺丝液；(2)将所述氧化石墨烯纺丝液进行湿法纺丝，得到氧化石墨烯纤维；(3)将所述氧化石墨烯纤维置于热化学气相沉积炉中，持续通入氢气和反应前驱体气体进行反应，得到碳纳米管-石墨烯复合纤维。采用该方法可以制备得到力学性能和导电性能优异的碳纳米管-石墨烯复合纤维，并且该制备过程无需催化剂，具有操作简单，可规模化制备的特点。CN109468711ACN109468711A权利要求书1/1页1.一种制备碳纳米管-石墨烯复合纤维的方法，其中，包括：(1)将氧化石墨烯进行与溶剂混合后进行超声分散，得到氧化石墨烯纺丝液；(2)将所述氧化石墨烯纺丝液进行湿法纺丝，得到氧化石墨烯纤维；(3)将所述氧化石墨烯纤维置于热化学气相沉积炉中，持续通入氢气和反应前驱体气体进行反应，得到碳纳米管-石墨烯复合纤维。2.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，基于1重量份的氧化石墨烯，所述溶剂的用量为50～300重量份。3.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述溶剂由水、二甲基亚砜和二甲基甲酰胺中的至少之一组成。4.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(2)按照下列步骤进行：将所述氧化石墨烯纺丝液以0.1～3mL/min的挤出速度通过孔径为50～300μm的纺丝头，然后在凝固浴中停留1～5min，然后经干燥后得到所述氧化石墨烯纤维。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述凝固浴由乙醇、甲醇、乙酸乙酯、丙酮和丁酮中的至少之一组成。6.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(3)按照下列步骤进行：(3-1)将所述氧化石墨烯纤维置于热化学气相沉积炉中，抽真空后通入100～1000mL/min的氩气；(3-2)将所述热化学气相沉积炉升温至500～1000℃，持续通入50～200mL/min的氢气和50～200mL/min的反应前驱体气体，恒温10-60min，停止加热，关闭氢气和反应前驱体气体；(3-3)继续通入100～1000mL/min的氩气，待所述热化学气相沉积炉降至室温会后关闭氩气，得到所述碳纳米管-石墨烯复合纤维。7.如权利要求6所述的方法，其中，在步骤(3-2)中，所述反应前驱体气体由乙炔、甲烷、丁烷和丙酮中的至少之一组成。8.一种碳纳米管-石墨烯复合纤维，其中，所述碳纳米管-石墨烯复合纤维采用权利要求1-7中任一项所述的方法制备得到。9.一种电极，其中，所述电极采用权利要求8所述的碳纳米管-石墨烯复合纤维制备得到。10.一种电子器件，其中，所述电子器件具有权利要求9所述的电极。2CN109468711A说明书1/5页碳纳米管-石墨烯复合纤维及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明属于碳材料制备领域，具体而言，本发明涉及碳纳米管-石墨烯复合纤维及其制备方法和应用。背景技术[0002]石墨烯自2004年被发现以来，由于其优异的导电、导热、机械、电子迁移率等诸多性能成为最具发展潜力的碳材料。石墨烯研究应用中的一个重要难题是石墨烯材料宏观结构的设计和有效组装。2011年浙江大学通过氧化石墨烯的湿法纺丝、化学还原的方法制备出了柔性石墨烯纤维，拓展了石墨烯的应用。但由于石墨烯片层相互作用力小等原因，目前的石墨烯纤维无论是强度还是导电性能均不够理想。为解决这一问题，研究者们通过将同样具有优异力学性能和导电性能的碳纳米管与石墨烯复合，使两种材料相互支撑，从而提高内部孔隙率的同时，提高其力学和导电性能。然而现有技术制备得到的碳纳米管-石墨烯复合纤维力学性能和导电性能均不理想。发明内容[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种碳纳米管-石墨烯复合纤维及其制备方法和应用，采用该方法可以制备得到力学性能和导电性能优异的碳纳米管-石墨烯复合纤维，并且该制备过程无需催化剂，具有操作简单，可规模化制备的特点。[0004]在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备碳纳米管-石墨烯复合纤维的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：(1)将氧化石墨烯进行与溶剂混合后进行超声分散，