，950C下加热4小时进行还原。然后用水和乙醇交替洗涤去除杂质，经100°C干燥3小时后获得聚苯胺纳米棒/石墨烯复合纤维。
[0082]所得复合纤维的形貌如图6所示，典型拉伸曲线如图8所示，平均断裂伸长率为5.5%，平均强度为116MPa，平均断裂韧性为4.43J/g，平均电导率为6.33S/cm。在IM H2SO4中的比电容为303F/g(0.2A/g)。
[0083]实施例6
[0084]以PANR/GO质量比为5:5的纺丝液制备喷头拉伸比为1.25倍的聚苯胺纳米棒/石墨烯复合纤维过程如下:
[0085](I)同实施例 5 (I)
[0086](2)将⑴所得复合纺丝液通过喷丝孔以2m/min速度挤出到旋转的醋酸中固化成纤维，其中喷丝头距离旋转中心的距离为4cm，旋转的速度为lOrpm，即喷头拉伸比为1.25倍。将湿态纤维引出凝固浴，经红外灯干燥后连续卷绕到丝筒上，获得PANR/GO复合纤维。
[0087](3)同实施例 5 (3)
[0088]所得复合纤维典型拉伸曲线如图9所示，平均断裂伸长率为5.1 %，平均强度为138MPa，平均断裂韧性为3.57J/g，平均电导率为8.0I S/cm ;在IM H2SO4*的电容性如图10所示，其比电容为330F/g(0.2A/g)。
[0089]实施例7
[0090]以PANR/GO质量比为5:5的纺丝液制备喷头拉伸比为 1.5倍的聚苯胺纳米棒/石墨烯复合纤维过程如下:
[0091](I)同实施例 5 (I)
[0092](2)将⑴所得复合纺丝液通过喷丝孔以2m/min速度挤出到旋转的醋酸中固化成纤维，其中喷丝头距离旋转中心的距离为4cm，旋转的速度为12rpm，即喷头拉伸比为1.5倍。将湿态纤维引出凝固浴，经红外灯干燥后连续卷绕到丝筒上，获得PANR/GO复合纤维。
[0093](3)同实施例 5 (3)
[0094]所得复合纤维典型拉伸曲线如图9所示，平均断裂伸长率为5.0%，平均强度为150MPa，平均断裂韧性为4.48J/g，平均电导率为8.25S/cm。在IM H2SO4中的比电容为235F/g (0.2A/g)。
[0095]实施例8
[0096]本实施例用以说明导电高分子/石墨烯复合纤维在柔性超级电容器中的应用。柔性电容器的组装方法如下:
[0097](I)以实施例6制备的复合纤维束(每束5根)为活性电极，平行排列贴在透明胶带的粘性面上；
[0098](2)在两纤维束表面和纤维束间涂覆PVA/H2S04水溶液(末端露出一段不涂)，晾干后作为固态电解质；
[0099](3)使用导电胶将纤维束的裸露端与金属丝相连(金属丝作为引线进行充电和放电)；最后用一层透明胶带封合形成三明治结构。
[0100]所得超级电容器的照片如图11，电容性能如图12。该电容器在0.2A/g和2A/g电流密度下的比电容分别为254F/g和155F/g ?’从O。-180°反复弯曲1000次后，lA/g电流密度下的容量增加到126% ;在lA/g电流密度下充放电循环1000次后，容量保持率为81%。
[0101]对照例
[0102]不含聚合物的石墨烯纤维制备过程如下:
[0103](I)将3g氧化石墨烯、97g水中，使用浓氨水调节pH值为9，然后超声剥离I小时，最后继续添加氨水调节pH为9，获得纺丝液。
[0104](2)将⑴所得纺丝液通过喷丝孔以2m/min速度挤出到旋转的醋酸中固化成纤维，其中喷丝头距离旋转中心的距离为4cm，旋转的速度为8rpm，即喷头拉伸比为1.0倍。将湿态纤维引出凝固浴，经红外灯干燥后连续卷绕到丝筒上，获得氧化石墨烯纤维。
[0105](3)同实施例 5 (3)
[0106]所得复合纤维的形貌如图9所示，典型拉伸曲线如图7所示，平均断裂伸长率为2.9%，平均强度为149MPa，平均断裂韧性为2.37J/g，平均电导率为27.5S/cm。在IM H2SO4中的比电容为88.6F/g(0.2A/g) ο
【主权项】
1.一种纳米导电高分子/石墨烯复合纤维，其特征在于:所述纤维截面呈现异形，纤维表面具有丰富的褶皱形貌，石墨烯片层呈疏松堆积状态；纤维平均强度大于50MPa，平均断裂伸长率大于2%，平均电导率大于lS/cm。
2.根据权利要求1所述的一种纳米导电高分子/石墨烯复合纤维，其特征在于:所述纳米导电高分子的微观形貌为纳米颗粒、纳米棒、纳米纤维或纳米片；所述导电高分子为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及它们的衍生物中的一种或几种。
3.一种纳米导电高分子/石墨烯复合纤维的制备方法，包括: (1)将氧化石墨烯GO和纳米导电高分子NCP添加到pH>7的水中，通过剥离分散处理，得到均匀的复合分散液，最后添加碱液调节PH值，得到NCP/G0复合纺丝液； 或者将氧化石墨烯GO添加到碱液中，通过剥离分散处理得到0.2wt%? 20wt% GO分散液；然后与质量分数为0.2wt%?2(^1:%的NCP悬浮液混合，进行分散处理；最后添加碱液调节PH值，得到NCP/G0复合纺丝液； 其中，所述NCP与GO的质量比为1:99?99:1 ; (2)将上述纺丝液挤出到凝固浴中进行牵伸和固化，经干燥和卷绕得到NCP/G0复合纤维； (3)将上述复合纤维在液体环境或气体环境中进行化学或物理还原处理，得到纳米导电高分子/石墨烯复合纤维。
4.根据权利要求3所述的一种纳米导电高分子/石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中的纳米导电高分子为掺杂态或脱掺杂态。
5.根据权利要求3所述的一种纳米导电高分子/石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中的碱液为氢氧化物水溶液、水溶性有机胺水溶液、碳酸盐水溶液、碳酸氢盐水溶液、磷酸盐水溶液、吡啶水溶液中的一种或几种。
6.根据权利要求3所述的一种纳米导电高分子/石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于:所述步骤⑴中的纺丝液的pH值为2?13，固含量为0.2wt%? 20wt%。
7.根据权利要求3所述的一种纳米导电高分子/石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中的凝固浴处于旋转的容器中或在管道中流动或处于凝固槽中保持静置；凝固浴是由无机酸和无机盐中的一种或几种组成的水溶液，或者是由有机酸、醇、胺、酮、酰胺、吡啶、吡咯、水中的一种或几种组成的液体。
8.根据权利要求3所述的一种纳米导电高分子/石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中的牵伸过程中喷头拉伸比为0.2?5。
9.根据权利要求3所述的一种纳米导电高分子/石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中的干燥方式为远红外辐射干燥、热槽加热、热风加热、微波辐射加热中的一种或几种。
10.根据权利要求3所述的一种纳米导电高分子/石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中的液体环境是含有酸、碱、盐中的一种或几种的水溶液，或者是由有机酸、醇、胺、酮、酰胺、砜、吡啶、水中的一种或几种组成的液体汽体环境是空气、氮气、氩气、氨气、氢气、氨气中的一种或几种。
11.根据权利要求3所述的一种纳米导电高分子/石墨烯合纤维的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中的化学还原为在含有还原剂的液体环境或气体环境中进行；其中，所述还原剂为齒化氢、无机碱、肼类化合物、酚类化合物、氨/胺类化合物、含低价硫的化合物、含低价磷的化合物、维生素C及其盐、草酸及其盐、还原性糖、活泼金属及其有机络合物中的一种或几种；还原剂的质量分数为1%?100% ;还原温度为-50?300°C ;还原时间为5秒?24小时。
12.根据权利要求3所述的一种纳米导电高分子/石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中的物理还原为气氛热还原、溶剂热还原、激光辐照、紫外辐照、微波辐射、氙灯照射中的一种或几种；还原温度为O?1500°C ;还原时间为5秒?24小时。
13.根据权利要求1所述的纳米导电高分子/石墨烯复合纤维的应用，其特征在于:编织或与其他纤维混纺加工成织物，将织物或复合纤维用于加工成电极并组装成超级电容器、金属离子电池、太阳能电池；或用于组装传感器，检测生物分子、双氧水、氨气、有机胺蒸汽、苯及其衍生物蒸汽；或用于人工肌肉；或用于电磁波吸收和屏蔽领域。
【专利摘要】本发明涉及一种纳米导电高分子/石墨烯复合纤维及其制备方法和应用，纤维截面呈现异形，石墨烯片呈疏松堆积状态；纤维表面具有丰富的褶皱形貌；纤维平均强度大于50MPa，平均断裂伸长率大于2％，平均电导率大于1S/cm。制备方法包括配制导电高分子/氧化石墨烯复合纺丝液；然后挤出到凝固浴中进行牵伸和固化，所形成的湿态纤维经干燥和卷绕得到导电高分子/氧化石墨烯复合纤维；最后采用化学或物理方法进行还原，获得纳米导电高分子/石墨烯复合纤维。本发明得到的复合纤维截面具有可调节的异形截面结构，表面具有丰富的微观结构，克服了石墨烯片层紧密堆积的问题，使韧性较纯石墨烯纤维大幅提高，且仍保持优异的导电性能，因此有广泛的应用前景。
【IPC分类】D01F1-09, D01F8-16, D01F6-94, D01F8-18
【公开号】CN104790067
【申请号】CN201510188964
【发明人】朱美芳, 陈少华, 麻伍军, 相恒学, 周哲
【申请人】东华大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月17日