直丝石墨烯纤维及其作为电抽吸器件的应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种直丝结构石墨烯纤维，特别涉及一种具有电抽吸性能的纤维，属于纳米材料制备和纳米器件的应用技术领域。
【背景技术】
[0002]纳米级流体输送的现象广泛存在于能量转换，渗透，海水淡化和小分子的分析分离等过程中。通过预先设定的通道实现可控并且有效的流体输送是开发高性能的纳米流体材料和生物及环境应用系统的一个重要考虑因素。为此，找到合适的吸液材料是至关重要的，许多多孔材料(如二氧化硅，聚合物，纸，岩石等)都表现出自发性抽吸现象，然而在这些材料内的抽吸过程通常缺乏可控性。最近，电毛细效应被用于加快液体的流动，通过加低工作电压(-1 V)使液体穿过导电媒介(如纳米多孔金)来控制液体的流动。
[0003]而纳米多孔金本身是亲水的，有自发抽吸现象，通过预加载环己烷溶剂的方法，可阻止这种自发抽吸行为，从而实现纳米多孔金电抽吸现象的开关功能中的完全关的状态。但这种辅助溶剂的方法也同时降低了吸水过程(开状态)的水流速率。此外，许多应用和方法中都对具有特定孔径尺寸的柔性纳米流体系统有强烈需求，例如备受期待的多孔橡胶借助纳米流体系统实现机械运动。这种高性能纳米尺度流体器件和系统可以被整合到用于生物、环境等领域的不同微纳尺度流体控制系统上，以实现在生物技术和环境能源领域的应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出一种直丝石墨烯纤维及其作为电抽吸器件的应用。
[0005]本发明的技术方案是这样实现的:一种直丝石墨烯纤维，是按照下述方法进行制备的:(I)将浓度为20mg/mL的氧化石墨烯分散液平摊在聚四氟乙烯基底上，制成氧化石墨烯薄膜，自然干燥后，得到厚度为I?3μπι氧化石墨烯薄膜；
[0006](2)用滚刀将氧化石墨烯薄膜裁剪为边缘平滑的石墨烯条带，宽度为2-10mm;
[0007](3)将氧化石墨烯条带用湿度在80 %?90 %水汽润湿，将马达转速调整为1500r/min将所述石墨烯条带纺织成直的纤维；
[0008](4)将氧化石墨烯直丝纤维浸入浓度为35%氢碘酸中，90 °C保持12小时，并经去离子水反复清洗，40 °C真空干燥6小时，制备出直丝石墨烯纤维；
[0009]其中氧化石墨烯分散液制备步骤如下:步骤(I)量筒量取400mL硫酸与10mL磷酸，在IL的烧杯中混合均匀，称取1g膨化石墨，磁力搅拌下，加入上述混合液；
[0010]步骤(2)称量50g高锰酸钾，冰浴中把高锰酸钾慢慢添加到烧杯中；
[0011 ]步骤(3)温度升到40°C，机械搅拌下反应4个小时；
[0012]步骤(4)取450mL去离子水缓慢加入烧杯中，再将50mL，将双氧水缓慢倒入大烧杯中；
[0013]步骤(5)静置1小时后，用5Vo1.%的盐酸溶液，清洗三次，再用去离子水清洗3次以上直至溶液PH值在5以上，得到氧化石墨烯分散液。
[0014]直丝石墨烯纤维一端放入水中后加压，当电压高于0.8V后出现电抽吸现象，电压低于0.8V之后停止抽吸，直丝石墨烯纤维质量随着加压时间增加呈线性增大，直到饱和状态，此时石墨烯纤维质量是自身质量的7倍。
[0015]直丝石墨烯纤维的润湿角为80°，具有疏水性;直丝石墨烯纤维内部石墨烯膜层间的空隙构成的纳米级微通道贯穿整条直丝纤维。
[0016]与现有技术相比，本发明具有以下优点及突出性效果:
[0017]1.本发明的直丝石墨烯纤维完全由石墨烯构成，成本低廉，制备简单。
[0018]2.本发明的直丝石墨烯纤维的疏水特性。
[0019]3.内部孔隙结构完整:直丝石墨烯纤维由整条的氧化石墨烯条带旋转纺织而成，纤维内部石墨烯膜层间的纳米级通道贯穿整条直丝纤维。
[0020]4.直丝石墨烯纤维电抽吸现象的开关可控性。
【附图说明】
[0021]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1是石墨烯直丝纤维的扫描电镜照片。
[0023]图2是石墨烯直丝纤维的电抽吸示意图片。
[0024]图3是在电抽开关过程中石墨烯直丝纤维质量变化图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026]—种直丝石墨烯纤维，是按照下述方法进行制备的:
[0027](I)将浓度为20mg/mL的氧化石墨烯分散液平摊在聚四氟乙烯基底上，制成氧化石墨烯薄膜，自然干燥后，得到厚度为I?3μπι氧化石墨烯薄膜；
[0028](2)用滚刀将氧化石墨烯薄膜裁剪为边缘平滑的石墨烯条带，宽度为2-10mm;
[0029](3)将氧化石墨烯条带用湿度在80%?90%水汽润湿，将马达转速调整为1500r/min将所述石墨烯条带纺织成直的纤维;先润湿再将石墨烯条带纺织成直丝纤维，得到产品不易断裂，更便于作为电抽吸期间或者高性能纳米尺度流体器件和系统。
[0030](4)将氧化石墨烯直丝纤维浸入浓度为35%氢碘酸中，90 °C保持12小时，并经去离子水反复清洗，40 °C真空干燥6小时，制备出直丝石墨烯纤维；
[0031 ]其中氧化石墨烯分散液制备步骤如下:步骤(I)量筒量取400mL硫酸与10mL磷酸，在IL的烧杯中混合均匀，称取1g膨化石墨，磁力搅拌下，加入上述混合液；
[0032]步骤(2)称量50g高锰酸钾，冰浴中把高锰酸钾慢慢添加到烧杯中；
[0033]步骤(3)温度升到40°C，机械搅拌下反应4个小时；
[0034]步骤(4)取450mL去离子水缓慢加入烧杯中，再将50mL，将双氧水缓慢倒入大烧杯中；
[0035]步骤(5)静置10小时后，用5Vol.%的盐酸溶液，清洗三次，再用去离子水清洗3次以上直至溶液PH值在5以上，得到氧化石墨烯分散液。
[0036]直丝石墨烯纤维一端放入水中后加压，当电压高于0.8V后出现电抽吸现象，电压低于0.8V之后停止抽吸，直丝石墨烯纤维质量随着加压时间增加呈线性增大，一直到饱和状态，此时石墨烯纤维质量是自身质量的7倍。如图2所示，测试电抽吸性