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技术研究:静电纺丝技术制备碳纳米纤维
2018/7/13 10:15:53 admin

  由于碳纤维具有导电性,其作为复合材料和电极中的增强材料应用于很多方面,将其尺寸缩小至纳米级可能会提高其性能并开辟新的应用[Mao等2013]。静电纺丝是纺丝聚合物溶液形成纳米纤维的简单方法,由于碳纤维通常由碳化聚合物制备,因此,静电纺丝是制备用于碳化的聚合物纳米纤维的有效方法。聚丙烯腈(PAN)是制备碳纤维最常用的聚合物,且静电纺丝制备PAN纳米纤维被证明是一个简单的过程,因为PAN容易溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,并且不需要对形成纤维的装置进行任何改变[Gu等,2005]。此外,静电纺丝也用于其他聚合物形成用于碳化的纳米纤维。

  随着减少碳足迹的意识不断增强,研究人员已经探索使用植物源来生产碳纤维,各种木质素通过电纺转化为碳纤维。但是,它们的分子结构根据木质素的来源而不同。Nar等人(2016年)制备了C-木质素电纺纳米纤维,与牛皮纸木质素电纺纳米纤维进行比较,C-木质素电纺碳纤维具有更高的石墨结构,且C-木质素电纺碳纤维的横向模量优于牛皮纸电纺纳米纤维和商业碳纤维。

  为了改善电双层电容器(EDLC)中电纺碳纤维的性能,Kim等人(2009年)将PAN与沥青混合在溶液中进行静电纺丝,这利用了沥青的高含碳量和导电率以及PAN的电纺丝性来形成纤维。在900℃下热处理后的沥青/ PAN电纺丝纤维表现出高比电容(143.5Fg-1)和1300Wkg-1的功率密度,将活性剂硅添加到电纺碳纤维中以改善其机械性能。Faccini等人(2015年)通过电纺PAN和tetraethoxyorthosilicate(TEOS)的溶液来构建碳纳米纤维(CNF)/Si复合膜。在800-1000℃的温度下碳化后,形成SNF/Si,得到的膜显示出良好的柔性并且可以弯曲而不会断裂。Huang等(2016)能够构建具有石墨烯的弹性碳纳米纤维复合材料制成的气凝胶。他们首先将氧化石墨烯(GO)混入PAN溶液中,然后静电纺丝形成含有GO的PAN纳米纤维,再进行预氧化处理以防止PAN纤维在碳化期间熔合在一起。所得到的复合气凝胶具有互连的大孔和完整的导电网络,这使得它可用于能量存储和转换等多种应用。

图片1.jpg

Digital picture showing the flexibility of the CNF/Si mats [Faccini et al 2015]

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