一種氧化石墨烯纖維及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氧化石墨烯纖維及其制備方法和應(yīng)用，屬于功能材料領(lǐng)域。所述制備方法為：通過(guò)Hummers法制備得到氧化石墨烯溶液，后進(jìn)行水分蒸發(fā)濃縮，使用注射器將濃縮后的氧化石墨烯溶液注入到飽和氯化鉀甲醇溶液中得到濕的氧化石墨烯水凝膠纖維，旋轉(zhuǎn)加工后自然晾干，即得到所述氧化石墨烯纖維。在周圍環(huán)境濕度變化條件下，所述纖維應(yīng)用在發(fā)電機(jī)中，將環(huán)境中的濕度變化產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機(jī)的開(kāi)路電壓為0.5～1mV，短路電流為20～40μA。本發(fā)明所述纖維質(zhì)量高、性質(zhì)穩(wěn)定、轉(zhuǎn)動(dòng)性能優(yōu)異，所述方法成本低廉、可大批量生產(chǎn)；所述纖維應(yīng)用在發(fā)電機(jī)中，能量來(lái)源綠色環(huán)保、無(wú)污染。
【專利說(shuō)明】一種氧化石墨烯纖維及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧化石墨烯纖維及其制備方法和應(yīng)用，所述氧化石墨烯纖維在外界濕度變化下，自發(fā)高速旋轉(zhuǎn)，將環(huán)境中的濕度變化產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能，應(yīng)用在發(fā)電機(jī)中，屬于功能材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是由一層碳原子組成的二維材料。單層石墨烯具有很高的電子遷移率，大的表面積，良好的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能，常被用于新型性能優(yōu)異的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，微處理以及分子探測(cè)器件等方面的研究。而將石墨烯進(jìn)行組裝成宏觀的膜狀、塊狀材料，以期其能發(fā)揮出優(yōu)于普通膜狀、塊狀材料的性能，這方面的研究備受國(guó)內(nèi)外研究者的關(guān)注。目前，大批量制備石墨烯膜狀、塊狀材料的方法已經(jīng)相對(duì)成熟穩(wěn)定，這些膜狀、塊裝材料已經(jīng)應(yīng)用在超級(jí)電容器、鋰離子電池、能源催化等領(lǐng)域。相對(duì)于膜狀、塊狀材料，纖維狀材料作為一種可編織可穿戴的材料，已經(jīng)被研究可以用來(lái)制作纖維狀電容器、鋰離子電池、燃料敏化電池。
[0003]石墨烯纖維是一種全新的由二維納米材料組裝的碳纖維。由于其內(nèi)部石墨烯片層高度有序的排布，使其具有很好的電學(xué)、力學(xué)性能，并且非常容易對(duì)其進(jìn)行原位功能化。從2012年首次制備出石墨烯纖維以來(lái)，對(duì)其的研究已經(jīng)成為石墨烯組裝材料研究的熱點(diǎn)之一，并且已經(jīng)成功將其應(yīng)用到了可折疊可編織的纖維電容器的制備。但對(duì)于石墨烯纖維驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的研究仍然處于初級(jí)階段，目前利用激光加工，已經(jīng)成功制備出了在外界濕度變化的條件下，能夠像肌肉一樣自發(fā)的可逆的彎曲、彎折的石墨烯纖維，將其放置在特定的空間里，它還可以像蟲(chóng)子一樣向前爬行。
[0004]氧化石墨烯是富含含氧官能團(tuán)的功能化石墨烯，氧化石墨烯跟石墨烯具有類似的性質(zhì)，同樣具有大比表面積、良好的機(jī)械、力學(xué)和電學(xué)性能。對(duì)氧化石墨烯纖維的制備方法及其驅(qū)動(dòng)性能的研究，仍鮮有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種氧化石墨烯纖維及其制備方法和應(yīng)用，所述纖維在周圍環(huán)境濕度變化下，自發(fā)高速旋轉(zhuǎn)，所述方法簡(jiǎn)單，成本低廉，可應(yīng)用在發(fā)電機(jī)上。
[0006]本發(fā)明的目的由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]—種氧化石墨烯纖維，所述纖維表面呈緊密排布螺紋狀，內(nèi)部呈現(xiàn)石墨烯層狀堆疊結(jié)構(gòu)，表面螺紋狀結(jié)構(gòu)密度可調(diào)控，每米為1000?5000轉(zhuǎn)，所述纖維直徑為66?126 u m0
[0008]一種本發(fā)明所述的氧化石墨烯纖維的制備方法，所述方法步驟如下:
[0009]第一步:利用高猛酸鉀氧化剝離石墨法(Hummers法)制備得到濃度為2?IOmg/mL氧化石墨烯溶液；
[0010]其中，所述Hummers法具體為:石墨粉、濃硫酸、硝酸鈉，在冰浴、攪拌條件下，加入高錳酸鉀，攪拌，升溫至35°C，繼續(xù)攪拌半小時(shí)后，加入去離子水，溫度調(diào)至90°C，攪拌15分鐘，再加入去離子水，繼續(xù)攪拌，自然降溫，加入過(guò)氧化氫，抽濾得到固體，洗滌離心，即得到所述氧化石墨烯溶液；
[0011]第二步:將2?10mg/mL氧化石墨烯溶液在30?35°C的溫度下攪拌進(jìn)行水分蒸發(fā)濃縮，使氧化石墨烯溶液的濃度濃縮為15?20mg/mL ；
[0012]第三步:將15?20mg/mL的濃縮氧化石墨烯溶液灌入注射器，注射器針頭內(nèi)徑范圍為 0.21 ?0.34mm ；
[0013]第四步:用第三步的注射器將其中的濃縮氧化石墨烯通過(guò)針頭連續(xù)勻速注入飽和氯化鉀甲醇溶液中。在飽和氯化鉀甲醇溶液中得到濕的氧化石墨烯水凝膠纖維，直徑為
0.21 ?0.34mm ；
[0014]第五步:將第四步所得氧化石墨烯水凝膠纖維，從飽和氯化鉀甲醇溶液中取出，將一端固定，另外一端固定在電機(jī)上；啟動(dòng)電機(jī)對(duì)氧化石墨烯水凝膠纖維進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加工，每米氧化石墨烯纖維加工1000?5000轉(zhuǎn)，加工停止后使所述纖維自然晾干；最終得到經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)加工的氧化石墨烯纖維，晾干后直徑為66?126 μ m。
[0015]一種本發(fā)明所述的氧化石墨烯纖維的應(yīng)用:控制所述纖維周圍濕度從20%變化到85%，所述纖維自發(fā)高速旋轉(zhuǎn)，最高轉(zhuǎn)速為578?5190轉(zhuǎn)每分鐘，所述纖維伸長(zhǎng)2.3%?
4.7% ;控制所述纖維周圍濕度從85%變化回到20%時(shí)，所述纖維高速回轉(zhuǎn)，最高轉(zhuǎn)速為578?5190轉(zhuǎn)每分鐘，長(zhǎng)度變回原來(lái)的長(zhǎng)度；
[0016]所述纖維應(yīng)用在發(fā)電機(jī)中，所述發(fā)電機(jī)有磁鐵和銅線圈組成，發(fā)電機(jī)的開(kāi)路電壓為0.5?lmV，短路電流為20?40 μ A。
[0017]有益效果
[0018](I)本發(fā)明使用一種簡(jiǎn)單的易于操作的方法制備出全新結(jié)構(gòu)的，可以自發(fā)高速旋轉(zhuǎn)的氧化石墨烯纖維。所述纖維質(zhì)量高、性質(zhì)穩(wěn)定、轉(zhuǎn)動(dòng)性能優(yōu)異，是利用周圍環(huán)境濕度變化為能量來(lái)源進(jìn)行自發(fā)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的氧化石墨烯纖維；
[0019](2)本發(fā)明利用的原材料,來(lái)源廣泛,合成技術(shù)成熟,質(zhì)量高,成本低，可以大批量
生產(chǎn)；
[0020](3)本發(fā)明所述方法得到的表面螺旋狀石墨烯纖維，在外界濕度變化條件下可以自發(fā)高速旋轉(zhuǎn)，并且伴隨有纖維的自動(dòng)伸長(zhǎng)和收縮，是一種很好的可以以濕氣為能源運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)材料。能量來(lái)源綠色環(huán)保，成本低無(wú)污染；
[0021](4)本發(fā)明所述得到的氧化石墨烯纖維，可以在周圍濕度變化情況下，帶動(dòng)銅線圈內(nèi)部的磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，在銅線圈內(nèi)產(chǎn)生電流，從而將周圍的濕度變化能量轉(zhuǎn)化為電能，是一種新型的以濕度變化為能源的發(fā)電機(jī)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為實(shí)施例1中得到的具有螺旋結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯纖維；
[0023]圖2為實(shí)施例1中得到的具有螺旋結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯纖維的表面掃描電子顯微鏡圖；
[0024]圖3為實(shí)施例1中得到的可以高速旋轉(zhuǎn)的纖維速度測(cè)試結(jié)構(gòu)；
[0025]圖4為實(shí)施例1中得到的可以旋轉(zhuǎn)的纖維的最高轉(zhuǎn)速測(cè)試500次后的結(jié)果；
[0026]圖5為實(shí)施例1中得到的發(fā)電機(jī)的照片；[0027]圖6為實(shí)施例1中得到的可以旋轉(zhuǎn)的石墨烯纖維組成的電機(jī)開(kāi)路電壓測(cè)試結(jié)果；
[0028]圖7為實(shí)施例1中得到的可以旋轉(zhuǎn)的石墨烯纖維組成的電機(jī)短路電流測(cè)試結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例來(lái)詳述本發(fā)明，但不限于此。
[0030]Hummers法制備氧化石墨烯溶液的過(guò)程:取6g石墨粉，將160mL的質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸，3g硝酸鈉混合，在冰浴、攪拌條件下，加入18g高錳酸鉀，攪拌半小時(shí)，升溫之35°C，繼續(xù)攪拌半小時(shí)后，加入300mL的去離子水，溫度調(diào)至90°C，攪拌15分鐘，再加入IOOOmL的去離子水，繼續(xù)攪拌，溫度調(diào)至常溫，加入40mL的過(guò)氧化氫，然后抽濾得到固體，加入200?800mL水后再離心洗滌，即可得到2?10mg/mL的氧化石墨烯溶液。
[0031]實(shí)施例1
[0032]1.利用氧化剝離石墨法(Hummers法)制備得到6mg/mL氧化石墨烯溶液；
[0033]2.將6mg/mL氧化石墨烯溶液在30?35°C的溫度下濃縮，使氧化石墨烯溶液的濃度為 15mg/mL ；
[0034]3.將15mg/mL的氧化石墨烯溶液灌入注射器內(nèi)，注射器針頭內(nèi)徑為0.21mm。
[0035]4.使用上述裝有15mg/mL氧化石墨烯溶液的注射器將氧化石墨烯溶液通過(guò)內(nèi)徑為0.21mm的注射器連續(xù)勻速注入飽和氯化鉀甲醇溶液中，得到連續(xù)的線狀的氧化石墨烯凝膠纖維。
[0036]5.取氧化石墨烯凝膠纖維，固定一端，另一端使用電機(jī)對(duì)其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加工，每米氧化石墨烯纖維加工5000轉(zhuǎn)，加工完成后對(duì)該纖維進(jìn)行自然晾干，對(duì)所得產(chǎn)品進(jìn)行表征分析，結(jié)合掃面電子顯微鏡測(cè)試可知其表面為緊密排布的螺旋狀結(jié)構(gòu)(圖1)，放大后結(jié)果為表面石墨烯片層沿著一定的方向有序的排列的結(jié)構(gòu)(圖2)，該纖維直徑為66 ym。
[0037]6.在所述纖維一端懸掛一塊反光帶(長(zhǎng)*寬為10mm*2mm，圖3)，在周圍濕度變化(20%至85%)時(shí)使用紅外轉(zhuǎn)速儀對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得其最大轉(zhuǎn)速為5190轉(zhuǎn)每分鐘，同時(shí)該纖維長(zhǎng)度伸縮量為4.7%.并且重復(fù)500次后轉(zhuǎn)速保持不變(圖4)。
[0038]7.在所述纖維一端懸掛一塊磁鐵，將帶有所述纖維的磁鐵其放置于有四個(gè)銅線圈組成的閉合回路中，組裝成一個(gè)發(fā)電機(jī)(圖5)。在外界濕度變化下，所述纖維自發(fā)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，在銅線圈中產(chǎn)生電流，將環(huán)境中的濕度變化產(chǎn)生的能量變化為電能。使用CHI660D電化學(xué)工作站測(cè)試得到其開(kāi)路電壓為1.0mV (圖6)，短路電流為40 y A (圖7)。
[0039]實(shí)施例2
[0040]1.利用氧化剝離石墨法(Hummers法)制備得到2mg/mL氧化石墨烯溶液；
[0041 ] 2.將2mg/mL氧化石墨烯溶液在30?35°C的溫度下濃縮，使氧化石墨烯溶液的濃度為 15mg/mL ；
[0042]3.將15mg/mL的氧化石墨烯溶液灌入注射器內(nèi)，注射器針頭內(nèi)徑為0.21mm。
[0043]4.使用上述裝有15mg/mL氧化石墨烯溶液的注射器將氧化石墨烯溶液通過(guò)內(nèi)徑為0.21mm的注射器連續(xù)勻速注入飽和氯化鉀甲醇溶液中，得到連續(xù)的線狀的氧化石墨烯凝膠纖維。
[0044]5.取氧化石墨烯凝膠纖維，固定一端，另一端使用電機(jī)對(duì)其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加工，每米氧化石墨烯纖維加工1000轉(zhuǎn)。加工完成后對(duì)該纖維進(jìn)行自然晾干，對(duì)所得產(chǎn)品進(jìn)行表征分析，這些纖維直徑在66 μ m。
[0045]6.在所述纖維一端懸掛一塊反光帶(長(zhǎng)*寬為,在周圍濕度變化(20%?85%)時(shí)使用紅外測(cè)速儀對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得其最大轉(zhuǎn)速為分別為578轉(zhuǎn)每分鐘，同時(shí)該纖維長(zhǎng)度伸縮量為2.3%。
[0046]7.在所述纖維，一端懸掛一塊磁鐵，將其放置于有四個(gè)銅線圈組成的閉合回路中，組裝成一個(gè)發(fā)電機(jī)。在外界濕度變化下所述纖維能帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，在線圈中產(chǎn)生電流，將環(huán)境中的濕度變化產(chǎn)生的能量變化為電能。使用CHI660D電化學(xué)工作站測(cè)試得到其開(kāi)路電壓為0.5mV,短路電流為20 μ A。
[0047]實(shí)施例3
[0048]1.利用氧化剝離石墨法(Hummers法)制備得到10mg/mL氧化石墨烯溶液；
[0049]2.將10mg/mL氧化石墨烯溶液在30?35°C的溫度下濃縮，使氧化石墨烯溶液的濃度為15mg/mL ；
[0050]3.將15mg/mL的氧化石墨烯溶液灌入注射器內(nèi)，注射器針頭內(nèi)徑為0.21mm。
[0051]4.使用上述裝有15mg/mL氧化石墨烯溶液的注射器將氧化石墨烯溶液通過(guò)內(nèi)徑為0.21mm的注射器連續(xù)勻速注入飽和氯化鉀甲醇溶液中，得到連續(xù)的線狀的氧化石墨烯凝膠纖維。
[0052]5.取氧化石墨烯凝膠纖維，固定一端，另一端使用電機(jī)對(duì)其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加工，每米氧化石墨烯纖維加工2000轉(zhuǎn)。加工完成后對(duì)該纖維進(jìn)行自然晾干，對(duì)所得產(chǎn)品進(jìn)行表征分析，這些纖維直徑在66 μ m。
[0053]6.在所述纖維一端懸掛一塊反光帶(長(zhǎng)*寬為10mm*2mm)，在周圍濕度變化(20%?85%)時(shí)使用紅外測(cè)速儀對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得其最大轉(zhuǎn)速為分別為1179轉(zhuǎn)每分鐘，同時(shí)該纖維長(zhǎng)度伸縮量為3.1%。
[0054]7.在所述纖維一端懸掛一塊磁鐵，將其放置于有四個(gè)銅線圈組成的閉合回路中，組裝成一個(gè)發(fā)電機(jī)。在外界濕度變化下所述纖維能帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，在線圈中產(chǎn)生電流，將環(huán)境中的濕度變化產(chǎn)生的能量變化為電能。使用CHI660D電化學(xué)工作站測(cè)試得到其開(kāi)路電壓為0.6mV,短路電流為24 μ A。
[0055]實(shí)施例4
[0056]1.利用氧化剝離石墨法(Hummers法)制備得到2mg/mL氧化石墨烯溶液；
[0057]2.將2mg/mL氧化石墨烯溶液在30?35 °C的溫度下濃縮，使氧化石墨烯溶液的濃度為 20mg/mL ；
[0058]3.將20mg/mL的氧化石墨烯溶液灌入注射器內(nèi)，注射器針頭內(nèi)徑為0.21mm。
[0059]4.使用上述裝有20mg/mL氧化石墨烯溶液的注射器將氧化石墨烯溶液通過(guò)內(nèi)徑為0.21mm的注射器連續(xù)勻速注入飽和氯化鉀甲醇溶液中，得到連續(xù)的線狀的氧化石墨烯凝膠纖維。
[0060]5.取氧化石墨烯凝膠纖維，固定一端，另一端使用電機(jī)對(duì)其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加工，每米氧化石墨烯纖維加工3000轉(zhuǎn)。加工完成后對(duì)該纖維進(jìn)行自然晾干，對(duì)所得產(chǎn)品進(jìn)行表征分析，這些纖維直徑在66 μ m。
[0061]6.在所述纖維一端懸掛一塊反光帶(長(zhǎng)*寬為10mm*2mm),在周圍濕度變化(20%?85%)時(shí)使用紅外測(cè)速儀對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得其最大轉(zhuǎn)速為分別為2499轉(zhuǎn)每分鐘，同時(shí)該纖維長(zhǎng)度伸縮量為3.6%。
[0062]7.在所述纖維一端懸掛一塊磁鐵，將其放置于有四個(gè)銅線圈組成的閉合回路中，組裝成一個(gè)發(fā)電機(jī)。在外界濕度變化下該纖維能帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，在線圈中產(chǎn)生電流，將環(huán)境中的濕度變化產(chǎn)生的能量變化為電能。使用CHI660D電化學(xué)工作站測(cè)試得到其開(kāi)路電壓為0.7mV，短路電流為28 u A0
[0063]實(shí)施例5
[0064]1.利用氧化剝離石墨法(Hummers法)制備得到2mg/mL氧化石墨烯溶液；
[0065]2.將2mg/mL氧化石墨烯溶液在30?35°C的溫度下濃縮，使氧化石墨烯溶液的濃度為 20mg/mL ；
[0066]3.將20mg/mL的氧化石墨烯溶液灌入注射器內(nèi)，注射器針頭內(nèi)徑為0.21mm。
[0067]4.使用上述裝有20mg/mL氧化石墨烯溶液的注射器將氧化石墨烯溶液通過(guò)內(nèi)徑為0.21mm的注射器連續(xù)勻速注入飽和氯化鉀甲醇溶液中，得到連續(xù)的線狀的氧化石墨烯凝膠纖維。
[0068]5.取氧化石墨烯凝膠纖維，固定一端，另一端使用電機(jī)對(duì)其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加工，每米氧化石墨烯纖維加工4000轉(zhuǎn)。加工完成后對(duì)該纖維進(jìn)行自然晾干，對(duì)所得產(chǎn)品進(jìn)行表征分析，這些纖維直徑在66 V- m。
[0069]6.在所述纖維一端懸掛一塊反光帶(長(zhǎng)*寬為在周圍濕度變化(20%?85%)時(shí)使用紅外測(cè)速儀對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得其最大轉(zhuǎn)速為分別為3264轉(zhuǎn)每分鐘，同時(shí)該纖維長(zhǎng)度伸縮量為4.0%。
[0070]7.在所述纖維一端懸掛一塊磁鐵，將其放置于有四個(gè)銅線圈組成的閉合回路中，組裝成一個(gè)發(fā)電機(jī)。在外界濕度變化下該纖維能帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，在線圈中產(chǎn)生電流，將環(huán)境中的濕度變化產(chǎn)生的能量變化為電能。使用CHI660D電化學(xué)工作站測(cè)試得到其開(kāi)路電壓為0.9mV，短路電流為36 u A0
[0071]實(shí)施例6
[0072]1.利用氧化剝離石墨法(Hummers法)制備得到10mg/mL氧化石墨烯溶液；
[0073]2.將lOmg/mL氧化石墨烯溶液在30?35°C的溫度下濃縮，使氧化石墨烯溶液的濃度為18mg/mL ；
[0074]3.將18mg/mL的氧化石墨烯溶液灌入5毫升注射器內(nèi)，注射器針頭內(nèi)徑為0.26mm。
[0075]4.使用上述裝有18mg/mL氧化石墨烯溶液的注射器將氧化石墨烯溶液通過(guò)內(nèi)徑為0.26mm的注射器針頭連續(xù)勻速注入飽和氯化鉀甲醇溶液中，得到連續(xù)的線狀的氧化石墨烯凝膠纖維。
[0076]5.取氧化石墨烯凝膠纖維，固定一端，另一端使用電機(jī)對(duì)其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加工，每米氧化石墨烯纖維加工5000轉(zhuǎn)。加工完成后對(duì)該纖維進(jìn)行自然晾干，對(duì)所得產(chǎn)品進(jìn)行表征分析，這些纖維直徑分別為100 Pm。
[0077]6.在所述纖維一端懸掛一塊反光帶(長(zhǎng)*寬為10mm*2mm)，在周圍濕度變化(20%?85%)時(shí)使用紅外測(cè)速儀對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得其最大轉(zhuǎn)速為分別為3123轉(zhuǎn)每分鐘。
[0078]7.取所述纖維一端懸掛一塊磁鐵，將其放置于有四個(gè)銅線圈組成的閉合回路中，組裝成一個(gè)發(fā)電機(jī)。在外界濕度變化下該纖維能帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，在線圈中產(chǎn)生電流，將環(huán)境中的濕度變化產(chǎn)生的能量變化為電能。使用CHI660D電化學(xué)工作站測(cè)試得到其開(kāi)路電壓為0.8mV，短路電流為32ii A。
[0079]實(shí)施例7
[0080]1.利用氧化剝離石墨法(Hummers法)制備得到10mg/mL氧化石墨烯溶液；
[0081]2.將lOmg/mL氧化石墨烯溶液在30?35°C的溫度下濃縮，使氧化石墨烯溶液的濃度為18mg/mL ；
[0082]3.將18mg/mL的氧化石墨烯溶液灌入5毫升注射器內(nèi)，注射器針頭內(nèi)徑為0.34mm。
[0083]4.使用上述裝有18mg/mL氧化石墨烯溶液的注射器將氧化石墨烯溶液通過(guò)內(nèi)徑為0.34mm的注射器針頭連續(xù)勻速注入飽和氯化鉀甲醇溶液中，得到連續(xù)的線狀的氧化石墨烯凝膠纖維。
[0084]5.取氧化石墨烯凝膠纖維，固定一端，另一端使用電機(jī)對(duì)其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加工，每米氧化石墨烯纖維加工5000轉(zhuǎn)。加工完成后對(duì)該纖維進(jìn)行自然晾干，對(duì)所得產(chǎn)品進(jìn)行表征分析，這些纖維直徑分別為126 ym。
[0085]6.在所述纖維一端懸掛一塊反光帶(長(zhǎng)*寬為,在周圍濕度變化(20%?85%)時(shí)使用紅外測(cè)速儀對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得其最大轉(zhuǎn)速為分別為1310轉(zhuǎn)每分鐘。
[0086]7.在所述纖維一端懸掛一塊磁鐵，將其放置于有四個(gè)銅線圈組成的閉合回路中，組裝成一個(gè)發(fā)電機(jī)。在外界濕度變化下該纖維能帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，在線圈中產(chǎn)生電流，將環(huán)境中的濕度變化產(chǎn)生的能量變化為電能。使用CHI660D電化學(xué)工作站測(cè)試得到其開(kāi)路電壓為
0.6mV，短路電流為24 u A0
[0087]本發(fā)明包括但不限于以上實(shí)施例，凡是在本發(fā)明精神的原則之下進(jìn)行的任何等同替換或局部改進(jìn)，都將視為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化石墨烯纖維，其特征在于，所述纖維表面呈緊密排布螺紋狀，內(nèi)部呈現(xiàn)石墨烯層狀堆疊結(jié)構(gòu)，每米為1000?5000轉(zhuǎn)，所述纖維直徑為66?126 μ m。
2.一種如權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯纖維的制備方法，其特征在于，所述方法步驟如下: 第一步:利用高錳酸鉀氧化剝離石墨法制備得到濃度為2?10mg/mL氧化石墨烯溶液； 其中，所述高錳酸鉀氧化剝離石墨法具體為:將石墨粉、濃硫酸、硝酸鈉混合，在冰浴、攪拌條件下，加入高錳酸鉀，攪拌，升溫至35 V，繼續(xù)攪拌半小時(shí)后，加入去離子水，溫度調(diào)至90°C，攪拌15分鐘，再加入去離子水，繼續(xù)攪拌，自然降溫，加入過(guò)氧化氫，抽濾得到固體，洗滌離心，即得到所述氧化石墨烯溶液； 第二步:將2?10mg/mL氧化石墨烯溶液在30?35°C的溫度下攪拌進(jìn)行水分蒸發(fā)濃縮，使氧化石墨烯溶液的濃度濃縮為15?20mg/mL ； 第三步:將15?20mg/mL的濃縮氧化石墨烯溶液灌入注射器，注射器針頭內(nèi)徑范圍為0.21 ?0.34mm ； 第四步:用第三步的注射器將其中的濃縮氧化石墨烯通過(guò)針頭連續(xù)勻速注入飽和氯化鉀甲醇溶液中；在飽和氯化鉀甲醇溶液中得到濕的氧化石墨烯水凝膠纖維，直徑為0.21?0.34mm ； 第五步:將第四步所得氧化石墨烯水凝膠纖維，從飽和氯化鉀甲醇溶液中取出，將一端固定，另外一端固定在電機(jī)上；啟動(dòng)電機(jī)對(duì)氧化石墨烯水凝膠纖維進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加工，每米氧化石墨烯纖維加工1000?5000轉(zhuǎn)，加工停止后使所述纖維自然晾干；最終得到經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)加工的氧化石墨烯纖維，晾干后直徑為66?126 μ m。
3.—種如權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯纖維的應(yīng)用，其特征在于，控制所述纖維周圍濕度從20%變化到85%，所述纖維自發(fā)高速旋轉(zhuǎn)，最高轉(zhuǎn)速為578?5190轉(zhuǎn)每分鐘，所述纖維伸長(zhǎng)2.3%?4.7% ;控制所述纖維周圍濕度從85%變化回到20%時(shí)，所述纖維高速回轉(zhuǎn)，最高轉(zhuǎn)速為578?5190轉(zhuǎn)每分鐘，長(zhǎng)度變回原來(lái)的長(zhǎng)度； 所述纖維應(yīng)用在發(fā)電機(jī)中，所述發(fā)電機(jī)有磁鐵和銅線圈組成，發(fā)電機(jī)的開(kāi)路電壓為`0.5?lmV，短路電流為20?40 μ A。
【文檔編號(hào)】H02K7/18GK103806128SQ201410017379
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】曲良體, 程虎虎 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)