一種石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜的制備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于靜電紡絲技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜的制備。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來隨著材料科學(xué)的發(fā)展，各種天然或合成的導(dǎo)電材料用于制備導(dǎo)電納米纖維，以達(dá)到它們的最佳性能并應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。目前，具有特定性能和適宜應(yīng)用范圍的功能化導(dǎo)電納米纖維制備方法和工藝的探索在纖維材料制備領(lǐng)域的受到廣泛關(guān)注。
[0003]導(dǎo)電納米纖維制備過程中，材料的選擇成為制備導(dǎo)電納米纖維的關(guān)鍵影響因素。石墨烯是SP2雜化的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的碳材料，是目前已知材料中最薄的一種，僅為一個(gè)碳原子厚度，且具有優(yōu)良的電學(xué)性能、熱學(xué)性能和力學(xué)性能。石墨烯不僅具有重要的理論研宄價(jià)值，同時(shí)其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能在許多領(lǐng)域有著潛在的巨大應(yīng)用前景吸引了諸多研宄者的興趣。
[0004]近年來，通過自組裝技術(shù)、化學(xué)氣相沉積和其他復(fù)合方法制備的石墨烯納米材料不斷涌現(xiàn)，如石墨稀紙、石墨稀顆粒、石墨稀復(fù)合納米纖維和石墨稀膜等。但是這些石墨稀納米材料的結(jié)構(gòu)和石墨烯的分散不均勻性導(dǎo)致石墨烯優(yōu)良的性能不能完全表現(xiàn)出來，限制了石墨烯的發(fā)展和應(yīng)用。盡管有研宄者制備了具有核-殼結(jié)構(gòu)的石墨烯片堆砌而成的石墨烯纖維，但是纖維直徑僅限于在微米級(jí)以上，同時(shí)制備規(guī)模不大。
[0005]同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中納米材料在制備過程中大量使用氧化劑和軟化學(xué)模板，并且這些物質(zhì)很難完全清理，導(dǎo)致其生物相容性較差，嚴(yán)重限制了納米材料在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供了一種石墨烯導(dǎo)電納米纖維的制備方法，并通過化學(xué)或物理法還原后又可以恢復(fù)較高的導(dǎo)電能力。
[0007]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是:一種石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜的制備方法，包括以下具體步驟:
[0008]步驟1:電紡納米纖維膜的制備
[0009]將紡絲材料溶于四氫呋喃和N，N 二甲基甲酰胺的混合溶液中，攪拌至溶液澄清，再離心除去溶液中的氣泡，進(jìn)行靜電紡絲處理，得到納米纖維，于真空室溫下干燥；
[0010]步驟2:制備氧化石墨烯分散液
[0011]對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行機(jī)械剝離，再在冰水混合液中超聲分散；
[0012]步驟3:氧化石墨烯納米纖維膜的制備
[0013]以步驟I中制備的納米纖維為過濾膜對(duì)氧化石墨烯分散液進(jìn)行過濾，每平方厘米納米纖維膜過濾體積為I?3mL，然后將包覆了氧化石墨烯的納米纖維膜在20°C?80°C下進(jìn)行干燥；
[0014]步驟4:石墨稀導(dǎo)電納米纖維膜的制備
[0015]將步驟3干燥后的氧化石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜在60°C?100°C下進(jìn)行還原反應(yīng)0.5?1.5小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，用無水乙醇清洗干凈后自然干燥得到石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜。
[0016]優(yōu)選地，所述的步驟I中，紡絲材料為聚乳酸、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚己內(nèi)酯中的任意一種；四氫呋喃和N，N 二甲基甲酰胺的混合溶劑質(zhì)量百分比為(8?2):2，紡絲材料占總體系的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%?10%。
[0017]優(yōu)選地，所述的步驟I中，電紡參數(shù)為:噴絲針頭內(nèi)徑為0.22mm，電壓為14KV，接收距離為10cm，以0.8mL/h的推進(jìn)速度進(jìn)行電紡；
[0018]優(yōu)選地，所述的步驟2中，冰水混合液的濃度為1.0?1.5mg/mL。
[0019]優(yōu)選地，所述的步驟2中，氧化石墨稀分散液的濃度為0.1?2.0mg/mL。
[0020]優(yōu)選地，所述的步驟3中，還原反應(yīng)采用的還原劑為氫碘酸，其濃度為40%?80%，還原反應(yīng)時(shí)間為0.5?1.5小時(shí)。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢:
[0022](I)采用包覆的方法成功制備了石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜，克服了材料制備過程引起生物相容性影響的問題。
[0023](2)靜電紡絲技術(shù)操作簡單，成本低廉，反應(yīng)條件溫和。
[0024](3)制作工藝簡單，可工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明制得的電紡納米纖維膜的電鏡圖。
[0026]圖2為本發(fā)明機(jī)械剝離后得到的氧化石墨烯的形貌和層厚圖。
[0027]圖3為本發(fā)明制得的氧化石墨烯納米纖維的掃描電鏡圖。
[0028]圖4為本發(fā)明制得的石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜的宏觀照片。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實(shí)施實(shí)例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0030]實(shí)施例1以聚氯乙烯為原料制作石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜
[0031](I)將0.2克的聚氯乙烯溶于體積比為8:2的四氫呋喃和N，N 二甲基甲酰胺混合液中配置成紡絲液，紡絲材料占總體系的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I %，并在磁力攪拌下至溶液澄清均一，然后在100rpm下離心5分鐘，除去溶液中的氣泡。
[0032](2)在自制的電紡裝置進(jìn)行電紡，電紡參數(shù):噴絲針頭內(nèi)徑為0.22mm，在15KV的電壓下，接收距離為10cm，以1.0mL/h的推進(jìn)速度進(jìn)行電紡，將納米纖維紡到濾紙上，每個(gè)纖維膜紡絲溶液體積量為1.0mL。將收集的電紡納米纖維膜真空室溫干燥24小時(shí)備用。如圖1所示，制得的電紡納米纖維膜的纖維與纖維之間呈現(xiàn)單分散狀態(tài)，纖維表面光滑，粗細(xì)均一，直徑分布在400nm-700nm之間。
[0033](3)將氧化石墨烯采用超聲儀進(jìn)行機(jī)械剝離，其形貌和層厚圖如圖2所示，剝離后得到的氧化石墨稀片狀尺寸大小在80-300nm之間，再在冰水混合液中以1.0mg/mL的濃度超聲30分鐘，得到濃度為2.0moI/mL的氧化石墨稀分散液。
[0034](4)用制備的納米纖維膜置于布氏漏斗上過濾氧化石墨烯分散液，體積為200mL。在0.8MPa壓力下進(jìn)行抽濾，然后將包覆了氧化石墨烯的納米纖維膜在100 °C進(jìn)行干燥24小時(shí)，其電鏡圖如圖3所示。
[0035](5)將制備的氧化石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜于玻璃瓶中用濃度為80%氫碘酸在100°C下進(jìn)行還原反應(yīng)1.5小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，用無水乙醇洗滌纖維膜3-5次，洗去未反應(yīng)的氫碘酸。最后揮發(fā)干燥，得到如圖4照片所示的實(shí)物。
[0036]實(shí)施例2以聚丙烯腈為原料制作石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜
[0037](I)將0.85克的聚丙烯腈溶于體積比為6:2的四氫呋喃和N，N 二甲基甲酰胺混合液中配置成紡絲液，紡絲材料占總體系的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，并在磁力攪拌下至溶液澄清均一，然后在100rpm下離心5分鐘，除去溶液中的氣泡。
[0038](2)在自制的電紡裝置進(jìn)行電紡，電紡參數(shù):噴絲針頭內(nèi)徑為0.22mm，在12KV的電壓下，接收距離為10cm，以0.8mL/h的推進(jìn)速度進(jìn)行電紡，將納米纖維紡到濾紙上，每個(gè)纖維膜紡絲溶液體積量為1.0mL。將收集的電紡膜真空室溫干燥24小時(shí)備用。
[0039](3)將氧化石墨烯采用超聲儀進(jìn)行機(jī)械剝離，在冰水混合液中以1.2mg/mL的濃度超聲30分鐘，得到濃度為Imol/mL的氧化石墨稀分散液。
[0040](4)用制備的納米纖維膜置于布氏漏斗上過濾氧化石墨烯分散液，體積為200mL。在0.SMPa壓力下進(jìn)行抽濾，然后將包覆了氧化石墨烯的納米纖維膜在80 °C進(jìn)行干燥24小時(shí)。
[0041](5)將制備的氧化石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜于玻璃瓶中用濃度為60%氫碘酸在80°C下進(jìn)行還原反應(yīng)I小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，用無水乙醇洗滌纖維膜3-5次，洗去未反應(yīng)的氫碘酸。最后揮發(fā)干燥。
[0042]實(shí)施例3以聚乳酸-羥基乙酸共聚物為原料制作石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜
[0043](I)將1.35克的聚乳酸-羥基乙酸共聚物溶于體積比為4:2的四氫呋喃(THF)和N，N二甲基甲酰胺(DMF)混合液中配置成紡絲液，紡絲材料占總體系的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，并在磁力攪拌下至溶液澄清均一，然后在100rpm下離心5分鐘，除去溶液中的氣泡。
[0044](2)在自制的電紡裝置進(jìn)行電紡，電紡參數(shù):噴絲針頭內(nèi)徑為0.22mm，在1KV的電壓下，接收距離為10cm，以0.5mL/h的推進(jìn)速度進(jìn)行電紡，將納米纖維紡到濾紙上，每個(gè)纖維膜紡絲溶液體積量為1.0mL。將收集的電紡膜真空室溫干燥24小時(shí)備用。
[0045](3)將氧化石墨烯采用超聲儀進(jìn)行機(jī)械剝離，在冰水混合液中以1.0mg/mL的濃度超聲30分鐘，得到濃度為0.1mol/mL的氧化石墨稀分散液。
[0046](4)用制備的納米纖維膜置于布氏漏斗上過濾氧化石墨烯分散液，體積為200mL。在0.SMPa壓力下進(jìn)行抽濾，然后將包覆了氧化石墨烯的納米纖維膜在80 °C進(jìn)行干燥24小時(shí)。
[0047](5)將制備的氧化石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜于玻璃瓶中用濃度為40%氫碘酸在60°C下進(jìn)行還原反應(yīng)0.5小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，用無水乙醇洗滌纖維膜3-5次，洗去未反應(yīng)的氫碘酸。最后揮發(fā)干燥。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜的制備方法，其特征在于，包括以下具體步驟: 步驟1:電紡納米纖維膜的制備 將紡絲材料溶于四氫呋喃和N，N 二甲基甲酰胺的混合溶液中，攪拌至溶液澄清，再離心除去溶液中的氣泡，進(jìn)行靜電紡絲處理，得到納米纖維，于真空室溫下干燥； 步驟2:制備氧化石墨烯分散液 對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行機(jī)械剝離，再于冰水混合液中超聲分散； 步驟3:氧化石墨稀納米纖維膜的制備 以步驟I中制備的納米纖維為過濾膜對(duì)氧化石墨烯分散液進(jìn)行過濾，每平方厘米納米纖維膜過濾體積為I?3mL，然后將包覆了氧化石墨烯的納米纖維膜在20°C?80°C下進(jìn)行干燥； 步驟4:石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜的制備 將步驟3干燥后的氧化石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜在60V?100°C下進(jìn)行還原反應(yīng)0.5?1.5小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，用無水乙醇清洗干凈后自然干燥得到石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜。
2.如權(quán)利要求1所述的所述的石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜的制備方法，其特征在于，步驟I中，紡絲材料為聚乳酸、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚己內(nèi)酯中的任意一種。
3.如權(quán)利要求1所述的所述的石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜的制備方法，其特征在于，步驟I中，四氫呋喃和N, N 二甲基甲酰胺的混合溶劑質(zhì)量百分比為(8?2):2，紡絲材料占總體系的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%?10%。
4.如權(quán)利要求1所述的所述的石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜的制備方法，其特征在于，步驟I中，電紡參數(shù)為:噴絲針頭內(nèi)徑為0.22mm，電壓為14KV，接收距離為10cm，推進(jìn)速度為0.8mL/ho
5.如權(quán)利要求1所述的所述的石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜的制備方法，其特征在于，步驟2中，冰水混合液的濃度為1.0?1.5mg/mL。
6.如權(quán)利要求1所述的所述的石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜的制備方法，其特征在于，步驟2中，氧化石墨稀分散液的濃度為0.1?2.0mg/mLo
7.如權(quán)利要求1所述的所述的石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜的制備方法，其特征在于，步驟3中，還原反應(yīng)采用的還原劑為氫碘酸，其濃度為40%?80%，還原反應(yīng)時(shí)間為0.5?1.5小時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜的制備方法。包括如下步驟：采用靜電紡絲設(shè)備制備電紡納米纖維膜；將氧化石墨烯采用超聲儀和細(xì)胞破碎儀超聲破碎后于電紡納米纖維膜上抽濾，干燥；將制備的氧化石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜用還原劑還原，干燥；即制得石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜。本發(fā)明采用一種較為簡單的工藝，用氧化的石墨烯制備氧化石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜后再還原制得導(dǎo)電性增強(qiáng)的石墨烯導(dǎo)電納米纖維膜。
【IPC分類】D06M11-74, D04H1-728
【公開號(hào)】CN104878590
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510263754
【發(fā)明人】馮章啟, 李家城, 趙賓
【申請(qǐng)人】南京理工大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年5月21日