本發(fā)明屬于氧化石墨烯及石墨烯材料制備技術領域，具體涉及一種涂布法制備石墨烯纖維的方法，屬于干法紡絲法。

背景技術：
石墨烯作為所有碳材料的最基本結構單元，具有真正的單原子層厚度和嚴格的二維結構，具有很高的機械強度、彈性、導熱性、電子遷移率（100,000cm2·V-1·s-1）以及量子霍爾效應等。自從2010年英國科學家安德列杰姆和克斯特亞諾沃塞諾發(fā)現石墨烯而獲得諾貝爾獎以來，石墨烯研究達到前所未有的研究高潮，越來越多的研究發(fā)現，石墨烯可用于場效應晶體管、高頻器件、超級微處理器和單分子探測器等。而由石墨烯為基本單元構成的三維結構材料，如薄膜和塊狀材料，可應用于可控透氣性膜、各向異性離子傳導體、超級電容器、鋰離子電池以及能源催化等功能材料領域。從實際應用角度考慮，將納米石墨烯材料轉變?yōu)楹暧^結構材料中無疑是非常有價值的研究方向。石墨烯研究和應用中的一個主要難題是石墨烯宏觀結構的有效組裝，目前比較成功的組裝是得到三維結構的薄膜和塊狀。在組裝宏觀結構為一維結構的石墨烯方面；雖然目前已有制備得到石墨烯纖維，但是，由于石墨烯本身的溶解度低以及粘性差，所以難以制備高強度石墨烯纖維。目前，國內外科研工作者分別通過不同的方法制備出了石墨烯纖維。浙江大學高超等人以及中國科技大學俞書宏等人選用不同沉淀劑通過濕紡-還原兩步法得到了石墨烯纖維。北京理工大學曲良體等人通過在玻璃管中高溫水熱反應得到了石墨烯纖維。曲良體等的文獻報道，該文獻公開將氧化石墨烯溶液注入到內部裝有銅絲的毛細管中，進行水熱合成石墨烯/銅絲的纖維，冷卻后將銅絲除去得到中空的石墨烯微納米管，該方法制備的石墨烯微納米管有一定的柔韌度，但是不能連續(xù)化生產，只能得到石墨烯微納米管，不能得到氧化石墨烯中空纖維，而且該方法后續(xù)處理和除雜操作均耗時很長，有待改進或發(fā)展新方法。近幾年，專利CN201180020978.9用于紡制石墨烯帶纖維的工藝，公開了碳納米管展開為石墨烯帶的方法；201410016557.4、CN201210001537.0（由大尺寸氧化石墨烯片制備高強度導電石墨烯纖維的方法）、CN201210001524.3（一種高強度石墨烯有序多孔纖維及其制備方法）、CN201210017773.1（一種石墨烯纖維的制備方法）、CN201210001536.6（一種離子增強石墨烯纖維及其制備方法）、CN201110441254.3（一種高強度宏觀石墨烯導電纖維的制備方法）等公開了不同的濕法纖維制備方法；CN201310064816.6（石墨烯/TiO2纖維的制備方法）公開了濕法制備參雜氧化鈦的工藝；CN201110098809.9（電紡-水熱法制備石墨烯/陶瓷納米晶顆粒復合材料的方法）公開了濕法靜電紡絲的方法；CN200580000581.8（具有多種結構的微細碳纖維）公開了軸向垂直的微細碳纖維的性能；因此一種能高效利用現有、成熟、傳統工業(yè)化設備，簡便的一步法以及低溫、溫和地制備石墨烯纖維的方法有待開發(fā)，以便更好的大規(guī)模應用。

技術實現要素：
本發(fā)明所要解決的技術問題在于為了克服了現有技術中采用濕法制備石墨烯纖維的制備方法需要烘干耗能大、工藝復雜的缺陷，提供了一種干法制備石墨烯纖維的方法。本發(fā)明的制備方法操作簡單，條件溫和，原材料成本低；利用本發(fā)明所述的方法制備得到的石墨烯纖維，結構均勻，機械性能優(yōu)異，易功能化。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案：一種涂布法制備石墨烯纖維的方法，步驟如下：（1）將蠕蟲狀的膨脹石墨、蒸餾水、表面活性劑按照重量份比為1-3：100：0.01-1混合均勻得到混合溶液，混合溶液經液體攪拌粉碎機處理，經濃縮后獲得濃度為20~25mg·mL-1的氧化石墨膠體液；（2）將氧化石墨膠體液經涂布設備擠出涂布到厚度為16-100μm、寬度為200mm的薄膜表面，經烘干機烘干處理后，薄膜經不銹鋼帶加持輸出，期間經1-5噸的壓力軋輥以10-240m/s的線速度軋實，得到氧化石墨烯復合薄膜；（3）用薄膜分切機以壓輥同樣的表面線速度將氧化石墨烯復合薄膜分切成連續(xù)氧化石墨烯復合纖維，每1-10根連續(xù)氧化石墨烯復合纖維為一組經流體噴嘴噴射空氣加捻，同時用激光束經噴嘴尾端的孔射到對應的加捻點位置，連續(xù)氧化石墨烯復合纖維轉變成石墨烯復合纖維，加捻同步增加石墨烯片層的結合牢度，解決了其他方法制備石墨烯復合纖維強度提高不大的問題，而后輸出到卷繞成型裝置，直接制成帶捻度的石墨烯復合纖維筒子。所述步驟（1）中的表面活性劑為陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑或兩性表面活性劑，其中陽離子表面活性劑為季銨鹽型陽離子表面活性劑，如十二烷基三甲基氯化銨、陰離子表面活性劑為硬脂酸或十二烷基苯磺酸鈉、兩性表面活性劑為卵磷脂或甜菜堿。所述步驟（1）中的混合溶液經液體攪拌粉碎機處理10-1000分鐘，液體攪拌粉碎機的轉速為10000-50000r/min。所述步驟（2）中厚度為16-100μm、寬度為200mm的薄膜為聚丙烯薄膜、聚酯薄膜或聚酰亞胺薄膜。所述步驟（2）中烘干機烘干處理的溫度為60-80℃。所述步驟（2）中得到的氧化石墨烯復合薄膜的厚度為16.5-110μm，寬度為200mm。所述步驟（3）中分切成連續(xù)氧化石墨烯復合纖維的根數為66-2352根，寬度為0.085-3.0mm。所述步驟（3）采用的激光束具有熱還原的功效。所述步驟（3）采用的激光束為650nm，80-1000毫瓦的激光束4束。向步驟（2）中的氧化石墨烯復合薄膜表層涂加納米功能顆粒、納米功能溶液/乳液、納米材料前驅體乳液/溶液，制備得到功能化的氧化石墨烯和石墨烯復合纖維。本發(fā)明的有益效果：1.本發(fā)明提供了一種氧化石墨烯纖維的干法制備方法，該方法操作過程簡便，利用現有紡織設備直接實現石墨烯纖維的制備，經合理的設計和匹配相應的成熟配件，用純凈的氧化石墨烯復合薄膜可以直接得到石墨烯纖維，不需要后續(xù)處理和除雜；可大量獲得石墨烯纖維，在設備許可的范圍內，就可以快速制備出長達幾萬米長的石墨烯纖維，并形成特定的卷裝，便于下一步的工業(yè)化應用；2.利用的構筑材料氧化石墨烯來源廣泛，成本低，可以大量連續(xù)生產；3.本發(fā)明制得的石墨烯纖維具有捻度，石墨烯片層間結合緊密，石墨烯纖維外表及內部結構均勻，機械性能優(yōu)秀，柔性好，可彎曲；4.本發(fā)明提供了涂布法制備石墨烯纖維的方法，可在氧化石墨烯復合薄膜分切前涂敷納米功能材料，得到含均勻分布的納米功能的原位修飾的復合石墨烯纖維。附圖說明圖1為本發(fā)明涂布法制備石墨烯復合纖維的加工示意圖。圖2為本發(fā)明涂布法制備石墨烯復合纖維（多層）的加工示意圖。具體實施方式為更好理解本發(fā)明，下面結合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細描述。實施例1將蠕蟲狀的膨脹石墨3份：蒸餾水100份：表面活性劑（十二烷基三甲基氯化銨）0.02份的混合溶液經轉速為2萬轉的液體攪拌粉碎機（乳化機）處理，獲得氧化石墨膠體液，經濃縮后獲得225mg·mL-1氧化石墨膠體液，該膠體經涂布設備1擠出涂布到厚度為16μm、寬度為200mm的聚酰亞胺薄膜2表面，經烘干機3在60-80℃烘干處理，而后，薄膜經不銹鋼帶加持輸出，期間經1-5噸的壓力軋輥4軋實，得到厚度為16.5μm，寬度為200mm的氧化石墨烯復合薄膜，經導輥5后用薄膜分切機6以壓輥同樣的表面線速度，分切成1000根，寬度為0.2mm的連續(xù)纖維，每1根為一組經流體噴嘴7噴射空氣加捻，同時四束650nm，200毫瓦的激光經噴嘴尾端的孔射到對應的加捻點位置，氧化石墨復合纖維轉變成石墨烯復合纖維，同時輸出到卷繞成型裝置，直接制成一定卷裝容量的帶捻度的石墨烯復合纖維筒子8。實施例2將蠕蟲狀的膨脹石墨1份、蒸餾水100份和表面活性劑（十二烷基苯磺酸鈉）0.01份的混合溶液經轉速為1萬轉的液體攪拌粉碎機（乳化機）處理，獲得氧化石墨膠體液，經濃縮后獲得20mg·mL-1氧化石墨膠體液，該膠體經涂布設備擠出涂布到厚度為100μm、寬度為200mm多孔超高模量聚乙烯薄膜表面，經烘干機60度烘干處理，而后，薄膜經不銹鋼帶加持輸出，期間經1噸的壓力軋輥軋實，得到厚度為16.5μm，寬度為200mm的氧化石墨烯復合薄膜。用薄膜分切機以壓輥同樣的表面線速度，分切成1600根，寬度為0.125mm的連續(xù)纖維，每2根為一組經流體噴嘴噴射空氣加捻，同時四束650nm，100毫瓦的激光經噴嘴尾端的孔射到對應的加捻點位置，氧化石墨復合纖維轉變成石墨烯復合纖維，加捻同步增加石墨烯片層的結合牢度，解決了其他方法制備石墨烯復合纖維強度提高不大的問題；同時輸出到卷繞成型裝置，直接制成一定卷裝容量的帶捻度的石墨烯復合纖維筒子。實施例3將蠕蟲狀的膨脹石墨1份、蒸餾水100份和表面活性劑（甜菜堿）0.01份的混合溶液經轉速為3萬轉的液體攪拌粉碎機（乳化機）處理，獲得氧化石墨膠體液，經濃縮后獲得20mg·mL-1氧化石墨膠體液，該膠體經涂布設備擠出涂布到厚度為30μm、寬度為200mm聚酯薄膜表面，經烘干機80度烘干處理，而后，薄膜經不銹鋼帶加持輸出，期間經1噸的壓力軋輥軋實，得到厚度為30.1μm，寬度為200mm的氧化石墨烯復合薄膜。用薄膜分切機以壓輥同樣的表面線速度，分切成1600根，寬度為0.125mm的連續(xù)纖維，每4根為一組經流體噴嘴噴射空氣加捻，同時四束650nm，400毫瓦的激光經噴嘴尾端的孔射到對應的加捻點位置，氧化石墨復合纖維轉變成石墨烯復合纖維，加捻同步增加石墨烯片層的結合牢度，解決了其他方法制備石墨烯復合纖維強度提高不大的問題；同時輸出到卷繞成型裝置，直接制成一定卷裝容量的帶捻度的石墨烯復合纖維筒子。實施例4一種涂布法制備石墨烯纖維的方法，步驟如下：（1）將蠕蟲狀的膨脹石墨、蒸餾水、表面活性劑（硬脂酸）按照重量份比為2：100：1混合均勻得到混合溶液，混合溶液經轉速為10000r/min的液體攪拌粉碎機處理1000分鐘，經濃縮后獲得濃度為20mg·mL-1的氧化石墨膠體液；（2）將氧化石墨膠體液經涂布設備擠出涂布到厚度為16μm、寬度為200mm的聚丙烯薄膜表面，在溫度為60℃的條件下，經烘干機烘干處理后，薄膜經不銹鋼帶加持輸出，期間經1噸的壓力軋輥以10m/s的線速度軋實，得到厚度為16.5μm，寬度為200mm的氧化石墨烯復合薄膜；（3）向步驟（2）中的氧化石墨烯復合薄膜表層涂加納米功能顆粒、用薄膜分切機以壓輥同樣的表面線速度將氧化石墨烯復合薄膜分切成66根，寬度為3.0mm的功能化的連續(xù)氧化石墨烯復合纖維，每10根連續(xù)氧化石墨烯復合纖維為一組經流體噴嘴噴射空氣加捻，同時用4束650nm，80毫瓦且具有還原功效的激光束經噴嘴尾端的孔射到對應的加捻點位置，連續(xù)氧化石墨烯復合纖維轉變成石墨烯復合纖維，加捻同步增加石墨烯片層的結合牢度，解決了其他方法制備石墨烯復合纖維強度提高不大的問題，而后輸出到卷繞成型裝置，直接制成帶捻度的石墨烯復合纖維筒子。實施例5一種涂布法制備石墨烯纖維的方法，步驟如下：（1）將蠕蟲狀的膨脹石墨、蒸餾水、表面活性劑按照重量份比為1：100：0.05混合均勻得到混合溶液，混合溶液經轉速為50000r/min的液體攪拌粉碎機處理10分鐘，經濃縮后獲得濃度為25mg·mL-1的氧化石墨膠體液；（2）將氧化石墨膠體液經涂布設備擠出涂布到厚度為100μm、寬度為200mm的聚酯薄膜表面，在溫度為80℃的條件下，經烘干機烘干處理后，薄膜經不銹鋼帶加持輸出，期間經5噸的壓力軋輥以240m/s的線速度軋實，得到厚度為110μm，寬度為200mm的氧化石墨烯復合薄膜；（3）向步驟（2）中的氧化石墨烯復合薄膜表層涂加納米功能乳液，用薄膜分切機以壓輥同樣的表面線速度將氧化石墨烯復合薄膜分切成2352根，寬度為0.085mm的連續(xù)氧化石墨烯復合纖維，每5根連續(xù)氧化石墨烯復合纖維為一組經流體噴嘴噴射空氣加捻，同時用4束650nm，1000毫瓦且具有還原功效的激光束經噴嘴尾端的孔射到對應的加捻點位置，連續(xù)氧化石墨烯復合纖維轉變成石墨烯復合纖維，加捻同步增加石墨烯片層的結合牢度，解決了其他方法制備石墨烯復合纖維強度提高不大的問題，而后輸出到卷繞成型裝置，直接制成帶捻度的功能化的石墨烯復合纖維筒子。實施例6一種涂布法制備石墨烯纖維的方法，步驟如下：（1）將蠕蟲狀的膨脹石墨、蒸餾水、表面活性劑（銨鹽型）按照重量份比為1.5：100：0.08混合均勻得到混合溶液，混合溶液經轉速為25000r/min的液體攪拌粉碎機處理500分鐘，經濃縮后獲得濃度為24mg·mL-1的氧化石墨膠體液；（2）將氧化石墨膠體液經涂布設備擠出涂布到厚度為50μm、寬度為200mm的聚酰亞胺薄膜表面，在溫度為70℃的條件下，經烘干機烘干處理后，薄膜經不銹鋼帶加持輸出，期間經3噸的壓力軋輥以100m/s的線速度軋實，得到厚度為55μm，寬度為200mm的氧化石墨烯復合薄膜；（3）向步驟（2）中的氧化石墨烯復合薄膜表層涂加納米功能顆粒、納米功能溶液/乳液、納米材料前驅體乳液/溶液，制備得到功能化的氧化石墨烯和石墨烯復合纖維，用薄膜分切機以壓輥同樣的表面線速度將氧化石墨烯復合薄膜分切成2000根，寬度為0.1mm的連續(xù)氧化石墨烯復合纖維，每6根連續(xù)氧化石墨烯復合纖維為一組經流體噴嘴噴射空氣加捻，同時用4束650nm，500毫瓦且具有還原功效的激光束經噴嘴尾端的孔射到對應的加捻點位置，連續(xù)氧化石墨烯復合纖維轉變成石墨烯復合纖維，加捻同步增加石墨烯片層的結合牢度，解決了其他方法制備石墨烯復合纖維強度提高不大的問題，而后輸出到卷繞成型裝置，直接制成帶捻度的石墨烯復合纖維筒子。實施例7一種涂布法制備石墨烯纖維的方法，步驟如下：（1）將蠕蟲狀的膨脹石墨、蒸餾水、表面活性劑按照重量份比為2.5：100：0.08混合均勻得到混合溶液，混合溶液經轉速為40000r/min的液體攪拌粉碎機處理100分鐘，經濃縮后獲得濃度為22mg·mL-1的氧化石墨膠體液；（2）將氧化石墨膠體液經兩套涂布設備（如圖2所示）擠出涂布到厚度為20μm、寬度為200mm的聚丙烯薄膜表面，在溫度為65℃的條件下，經烘干機烘干處理后，薄膜經不銹鋼帶加持輸出，期間經2噸的壓力軋輥以200m/s的線速度軋實復合，得到厚度為25μm，寬度為200mm的氧化石墨烯復合薄膜；（3）向步驟（2）中的氧化石墨烯復合薄膜表層涂加納米功能溶液，，用薄膜分切機以壓輥同樣的表面線速度將氧化石墨烯復合薄膜分切成100根，寬度為2mm的連續(xù)氧化石墨烯復合纖維，每7根連續(xù)氧化石墨烯復合纖維為一組經流體噴嘴噴射空氣加捻，同時用4束650nm，200毫瓦且具有還原功效的激光束經噴嘴尾端的孔射到對應的加捻點位置，連續(xù)氧化石墨烯復合纖維轉變成石墨烯復合纖維，加捻同步增加石墨烯片層的結合牢度，解決了其他方法制備石墨烯復合纖維強度提高不大的問題，而后輸出到卷繞成型裝置，直接制成帶捻度的功能化的石墨烯復合纖維筒子。