靜電紡聚丙烯腈(PAN)納米纖維及其炭化研究.pdf

1、由于碳納米纖維直徑細(xì)且具有高導(dǎo)電性，在鋰離子二次電池陽極材料、雙電層電容器電極、場電子發(fā)射材料等領(lǐng)域極具應(yīng)用價值，是航天航空、國防軍工尖端技術(shù)領(lǐng)域必需的新材料。如今制備碳納米纖維的方法有多種，靜電紡絲法是目前唯一能夠直接、連續(xù)制備聚合物納米纖維的方法。隨著靜電紡絲法逐漸成熟，并逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，用靜電紡絲大批量制備碳納米材料正在變?yōu)橐环N現(xiàn)實。靜電紡碳納米纖維作為一種新型碳材料，人們對其結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性研究比較少，對電學(xué)性能與其微觀結(jié)構(gòu)之間關(guān)系

2、研究的更少，在國內(nèi)尚未有文獻報道，國外發(fā)表的相關(guān)文獻也很少。 本論文利用課題組自制的靜電紡設(shè)備，在前人的研究基礎(chǔ)上，分析了在靜電紡絲過程中，質(zhì)量分?jǐn)?shù)、電壓、針孔孔徑、紡絲液中LiCl的含量、接受距離等參數(shù)對纖維直徑及其離散度的影響。采用正交試驗設(shè)計法，發(fā)現(xiàn)紡絲液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和紡絲液中LiCl的含量是影響纖維直徑的最主要參數(shù)。經(jīng)過優(yōu)化，得到最佳靜電紡絲工藝，制得直徑細(xì)且離散度小的聚丙烯腈納米纖維氈，為進行預(yù)氧化和炭化作準(zhǔn)備。

3、 將直徑細(xì)小且均勻的聚丙烯腈納米纖維氈放到干燥鼓風(fēng)箱中，通過調(diào)節(jié)功率改變預(yù)氧化的升溫速度，從而研究了預(yù)氧化溫度和升溫速度對預(yù)氧化氈的結(jié)構(gòu)和性能的影響，得到預(yù)氧化速度為5℃/min，預(yù)氧化溫度為250℃時，得到的預(yù)氧化氈預(yù)氧化程度較完全，其結(jié)構(gòu)和性能較優(yōu)異。 另外，本文以掃描電子顯微鏡、X射線衍射分和紅外光譜為主要的表征手段，系統(tǒng)的研究了聚丙烯腈納米纖維氈、預(yù)氧化氈和碳納米纖維氈的表面形態(tài)，分析了靜電紡絲、預(yù)氧化和炭化過程中，碳納

4、米纖維結(jié)構(gòu)和性能的變化。 最后，本文對碳納米纖維的導(dǎo)電性進行了全面系統(tǒng)地研究。在炭化過程中，預(yù)氧化溫度、升溫速度和炭化溫度對碳納米纖維氈的面積電阻有不同程度的影響，通過正交分析，得到炭化溫度對碳納米纖維氈的導(dǎo)電性影響最為顯著。本文隨后對通過X衍射和拉曼光譜分析碳納米纖維的結(jié)構(gòu)，隨著炭化溫度的升高，碳納米纖維微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)(Lc和La)增大，碳納米纖維的晶面層間距d002減小，同時碳納米纖維氈的導(dǎo)電率升高。同時，分析發(fā)現(xiàn)碳納米纖維的