直絲石墨烯纖維及其作為電抽吸器件的應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種直絲結構石墨烯纖維，特別涉及一種具有電抽吸性能的纖維，屬于納米材料制備和納米器件的應用技術領域。
【背景技術】
[0002]納米級流體輸送的現象廣泛存在于能量轉換，滲透，海水淡化和小分子的分析分離等過程中。通過預先設定的通道實現可控并且有效的流體輸送是開發高性能的納米流體材料和生物及環境應用系統的一個重要考慮因素。為此，找到合適的吸液材料是至關重要的，許多多孔材料(如二氧化硅，聚合物，紙，巖石等)都表現出自發性抽吸現象，然而在這些材料內的抽吸過程通常缺乏可控性。最近，電毛細效應被用于加快液體的流動，通過加低工作電壓(-1 V)使液體穿過導電媒介(如納米多孔金)來控制液體的流動。
[0003]而納米多孔金本身是親水的，有自發抽吸現象，通過預加載環己烷溶劑的方法，可阻止這種自發抽吸行為，從而實現納米多孔金電抽吸現象的開關功能中的完全關的狀態。但這種輔助溶劑的方法也同時降低了吸水過程(開狀態)的水流速率。此外，許多應用和方法中都對具有特定孔徑尺寸的柔性納米流體系統有強烈需求，例如備受期待的多孔橡膠借助納米流體系統實現機械運動。這種高性能納米尺度流體器件和系統可以被整合到用于生物、環境等領域的不同微納尺度流體控制系統上，以實現在生物技術和環境能源領域的應用。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對上述現有技術的不足，提出一種直絲石墨烯纖維及其作為電抽吸器件的應用。
[0005]本發明的技術方案是這樣實現的:一種直絲石墨烯纖維，是按照下述方法進行制備的:(I)將濃度為20mg/mL的氧化石墨烯分散液平攤在聚四氟乙烯基底上，制成氧化石墨烯薄膜，自然干燥后，得到厚度為I?3μπι氧化石墨烯薄膜；
[0006](2)用滾刀將氧化石墨烯薄膜裁剪為邊緣平滑的石墨烯條帶，寬度為2-10mm;
[0007](3)將氧化石墨烯條帶用濕度在80 %?90 %水汽潤濕，將馬達轉速調整為1500r/min將所述石墨烯條帶紡織成直的纖維；
[0008](4)將氧化石墨烯直絲纖維浸入濃度為35%氫碘酸中，90 °C保持12小時，并經去離子水反復清洗，40 °C真空干燥6小時，制備出直絲石墨烯纖維；
[0009]其中氧化石墨烯分散液制備步驟如下:步驟(I)量筒量取400mL硫酸與10mL磷酸，在IL的燒杯中混合均勻，稱取1g膨化石墨，磁力攪拌下，加入上述混合液；
[0010]步驟(2)稱量50g高錳酸鉀，冰浴中把高錳酸鉀慢慢添加到燒杯中；
[0011 ]步驟(3)溫度升到40°C，機械攪拌下反應4個小時；
[0012]步驟(4)取450mL去離子水緩慢加入燒杯中，再將50mL，將雙氧水緩慢倒入大燒杯中；
[0013]步驟(5)靜置1小時后，用5Vo1.%的鹽酸溶液，清洗三次，再用去離子水清洗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]直絲石墨烯纖維一端放入水中后加壓，當電壓高于0.8V后出現電抽吸現象，電壓低于0.8V之后停止抽吸，直絲石墨烯纖維質量隨著加壓時間增加呈線性增大，直到飽和狀態，此時石墨烯纖維質量是自身質量的7倍。
[0015]直絲石墨烯纖維的潤濕角為80°，具有疏水性;直絲石墨烯纖維內部石墨烯膜層間的空隙構成的納米級微通道貫穿整條直絲纖維。
[0016]與現有技術相比，本發明具有以下優點及突出性效果:
[0017]1.本發明的直絲石墨烯纖維完全由石墨烯構成，成本低廉，制備簡單。
[0018]2.本發明的直絲石墨烯纖維的疏水特性。
[0019]3.內部孔隙結構完整:直絲石墨烯纖維由整條的氧化石墨烯條帶旋轉紡織而成，纖維內部石墨烯膜層間的納米級通道貫穿整條直絲纖維。
[0020]4.直絲石墨烯纖維電抽吸現象的開關可控性。
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1是石墨烯直絲纖維的掃描電鏡照片。
[0023]圖2是石墨烯直絲纖維的電抽吸示意圖片。
[0024]圖3是在電抽開關過程中石墨烯直絲纖維質量變化圖。
【具體實施方式】
[0025]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0026]—種直絲石墨烯纖維，是按照下述方法進行制備的:
[0027](I)將濃度為20mg/mL的氧化石墨烯分散液平攤在聚四氟乙烯基底上，制成氧化石墨烯薄膜，自然干燥后，得到厚度為I?3μπι氧化石墨烯薄膜；
[0028](2)用滾刀將氧化石墨烯薄膜裁剪為邊緣平滑的石墨烯條帶，寬度為2-10mm;
[0029](3)將氧化石墨烯條帶用濕度在80%?90%水汽潤濕，將馬達轉速調整為1500r/min將所述石墨烯條帶紡織成直的纖維;先潤濕再將石墨烯條帶紡織成直絲纖維，得到產品不易斷裂，更便于作為電抽吸期間或者高性能納米尺度流體器件和系統。
[0030](4)將氧化石墨烯直絲纖維浸入濃度為35%氫碘酸中，90 °C保持12小時，并經去離子水反復清洗，40 °C真空干燥6小時，制備出直絲石墨烯纖維；
[0031 ]其中氧化石墨烯分散液制備步驟如下:步驟(I)量筒量取400mL硫酸與10mL磷酸，在IL的燒杯中混合均勻，稱取1g膨化石墨，磁力攪拌下，加入上述混合液；
[0032]步驟(2)稱量50g高錳酸鉀，冰浴中把高錳酸鉀慢慢添加到燒杯中；
[0033]步驟(3)溫度升到40°C，機械攪拌下反應4個小時；
[0034]步驟(4)取450mL去離子水緩慢加入燒杯中，再將50mL，將雙氧水緩慢倒入大燒杯中；
[0035]步驟(5)靜置10小時后，用5Vol.%的鹽酸溶液，清洗三次，再用去離子水清洗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]直絲石墨烯纖維一端放入水中后加壓，當電壓高于0.8V后出現電抽吸現象，電壓低于0.8V之后停止抽吸，直絲石墨烯纖維質量隨著加壓時間增加呈線性增大，一直到飽和狀態，此時石墨烯纖維質量是自身質量的7倍。如圖2所示，測試電抽吸性