本發(fā)明涉及碳納米纖維材料領(lǐng)域，具體涉及一種靜電紡絲制備碳納米纖維的方法。

背景技術(shù)：
碳纖維(carbonfiber)既有碳材料的固有本征，又有紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代的軍民兩用材料，已廣泛用于航空航天、交通、醫(yī)療、機(jī)械、紡織等多領(lǐng)域。碳納米纖維(carbonnanofiber)是指具有納米尺度的碳纖維，具有高比表面積、高強(qiáng)度、輕質(zhì)、高導(dǎo)熱導(dǎo)電性的優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于制備高容量電池的電極材料、電容器、高性能復(fù)合材料。靜電紡絲技術(shù)(electrospinning)在國(guó)內(nèi)一般簡(jiǎn)稱為電紡，其是一種利用聚合物流體在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，通過(guò)金屬噴嘴進(jìn)行噴射拉伸而獲得直徑為數(shù)十納米到數(shù)微米的納米級(jí)纖維的紡絲技術(shù)。通過(guò)靜電紡絲技術(shù)得到的納米級(jí)纖維具有直徑小、表面積大、孔隙率高、精細(xì)程度一致等特點(diǎn)，在組織工程、傳感器、工業(yè)、國(guó)防、農(nóng)業(yè)工程等領(lǐng)域具有極大的發(fā)展?jié)摿?。靜電紡絲制備碳納米纖維，制備過(guò)程較為簡(jiǎn)單、成本較低、對(duì)設(shè)備的要求也不高。1996年，Reneker等利用靜電紡絲制備了聚丙烯腈(PAN)納米纖維，再經(jīng)熱處理得到了碳納米纖維。此后，采用靜電紡絲技術(shù)制備碳納米纖維備受各國(guó)關(guān)注。靜電紡絲制備碳納米纖維一般都要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟：首先靜電紡絲制備碳納米纖維前軀體纖維，然后將得到的前軀體纖維在空氣中預(yù)氧化，最后將其在保護(hù)氣氛中高溫碳化。碳納米纖維制備成本高、工藝復(fù)雜，不可控因素過(guò)多，難以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種靜電紡絲制備碳納米纖維的方法，采用聚合物和片層結(jié)構(gòu)的石墨制備前驅(qū)體纖維，不經(jīng)過(guò)保護(hù)氣氛高溫碳化，直接一步脫除前驅(qū)體纖維中的聚合物，得到碳納米纖維，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種靜電紡絲制備碳納米纖維的方法，包括以下步驟：(1)將濃度為2-5wt％的聚合物，濃度2-10wt％的片層結(jié)構(gòu)的石墨以及由1-3wt％的乙酸溶于100ml的乙醇溶液制得的有機(jī)溶劑，在60℃溫度下進(jìn)行超聲處理，得到聚合物/石墨均勻混合的前驅(qū)體溶液；所述步驟(1)中，所述聚合物為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯腈中的任意一種；(2)利用靜電紡絲技術(shù)制備聚合物/碳納米復(fù)合纖維；(3)在450℃溫度下對(duì)聚合物/碳納米復(fù)合纖維進(jìn)行熱處理，脫除其中的聚合物，得到碳納米纖維。進(jìn)一步地，所述步驟(1)中，所述片層結(jié)構(gòu)的石墨為石墨烯。優(yōu)選地，所述超聲處理時(shí)間至少為24小時(shí)。再近一步地，所述步驟(2)中，靜電紡絲的工藝條件為：電源電壓70kv，收集器與溶液槽之間的距離19cm；紡絲環(huán)境相對(duì)濕度50％～60％。更近一步地，所述步驟(3)中，利用馬弗爐進(jìn)行熱處理，其工藝參數(shù)為：保溫時(shí)間2小時(shí)，升溫及降溫速度1℃/min。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：(1)本發(fā)明提供的碳納米纖維的制備方法，利用靜電紡絲技術(shù)制備聚合物/碳納米復(fù)合纖維，不經(jīng)過(guò)保護(hù)氣氛高溫碳化，450℃溫度下熱處理直接一步脫除聚合物/碳納米復(fù)合纖維中的聚合物，得到碳納米纖維，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，熱處理過(guò)程可控性強(qiáng)，適于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)；而且，所有材料無(wú)毒無(wú)害、價(jià)格低廉，降低了制備成本。(2)本發(fā)明中聚合物為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚環(huán)氧乙烷或者聚丙烯腈中的任意一種，屬于靜電紡絲制備納米纖維的常用前驅(qū)體材料，價(jià)格低廉；而片層結(jié)構(gòu)的石墨為石墨烯，價(jià)...