納米碳纖維的制備及其性能研究.pdf

1、納米碳纖維(CNFs)作為一種新型納米碳材料，具有優(yōu)異的物理、力學性能和化學穩(wěn)定性，在儲氫、催化劑和催化劑載體、雙電層電容器電極、復合材料等領域都有潛在的應用前景。目前，CNFs的主要制備方法有化學氣相沉積法和靜電紡有機前驅體法，后者能直接、連續(xù)制備聚合物納米纖維但產率很低，無法滿足大規(guī)模應用的需求。溶液噴射紡絲(Solution Blowing，簡稱SB)技術作為一種新型微納米纖維制備技術，具有工藝簡單、能耗低、生產效率高等優(yōu)勢，有望

2、發(fā)展成為規(guī)?；苽浼{米纖維的新技術。
　　 本文以聚丙烯腈(PAN)為原料，利用SB制備了PAN納米纖維，通過多級熱牽伸、預氧化、碳化獲得了納米碳纖維，利用FESEM、DSC、TG-DTA、FTIR、XRD等測試手段研究了紡絲工藝、熱處理工藝等對PAN納米纖維、預氧化纖維及納米碳纖維的結構與性能的影響;利用循環(huán)伏安(CV)、交流阻抗(EIS)和恒流充放電(CD)等測試研究了SB制備的CNFs的電化學性能，探討了其作為超級電容器電

3、極的電極材料的可行性。主要研究結論如下:
　　 基于SB技術制備了平均直徑為220 nm的PAN納米纖維，研究發(fā)現(xiàn)，纖維的形貌受紡絲液質量分數、紡絲參數(包括牽伸風壓、擠出速率、接收距離、箱體溫度、針孔直徑)等影響。優(yōu)化的紡絲條件為:PAN的質量分數為12％、牽伸風壓為0.1 MPa、擠出速率為11 ml/h、紡絲箱體溫度為40℃、接收距離為80 cm、噴絲頭內徑為0.5 mm。
　　 納米纖維經多級牽伸后其取向性變好，

4、纖維的直徑分布集中。纖維經牽伸預氧化后其取向性進一步提高，纖維的直徑也減小;經過一系列測試表明，預氧化溫度為260℃、升溫速度為5℃/min時預氧化程度較完全。碳化后纖維直徑減小，經800℃碳化后得到平均直徑為170 nm的CNFs。
　　 利用電化學工作站對CNFs的電化學性能測試，CV曲線呈類矩形形狀且曲線對稱性好，表明電極具有良好的可逆性;CD曲線為對稱性較好的類似等腰三角形形狀，說明該電極材料充放電可逆性好。研究結果表明