靜電紡絲是一種簡單、靈活、可制備直徑從幾十納米到幾微米連續(xù)纖維的技術(shù),利用靜電紡絲技術(shù)制備的碳納米纖維具有比表面積大、高導電性和極高的長徑比等優(yōu)點。因此,碳納米纖維及其復合材料的制備具有重要理論研究和實際應用的價值。本文主要討論以靜電紡絲法制備碳納米纖維復合材料在超雙疏、電磁屏蔽和超級電容器領(lǐng)域中的應用,具體的工作主要包括以下三個部分:(1)通過靜電紡絲技術(shù)制備不同比例錳摻雜的聚丙烯腈納米纖維,將得到的聚丙烯腈復合納米纖維進行預氧化和碳化處理得到錳摻雜的碳納米纖維。然后把得到的柔性碳纖維進行氟化處理即可得到具有超雙疏特性的碳纖維膜,研究不同濃度的含氟溶液及不同氟化時間對碳纖維膜超雙疏性能的影響。使用掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、拉曼光譜、X射線光電子能譜對紡絲纖維以及碳纖維進行表征,研究表明:乙酰丙酮錳轉(zhuǎn)化為二氧化錳納米粒子,不僅增加纖維表面的粗糙度,同時賦予碳納米纖維復合膜的柔韌性。錳摻雜的碳纖維Mapping分析表明:Mn元素均勻的分布在纖維表面及內(nèi)部。接觸角測試表明:制備的錳摻雜聚丙烯腈基的碳納米纖維經(jīng)過含氟溶液的修飾后具有超雙疏的性能,在不同pH下接觸角約為155°,對不同油的接觸角約為152°。(2)通過靜電紡絲技術(shù)制備不同比例鎳摻雜的聚丙烯腈納米纖維,并對不同比例鎳摻雜的聚丙烯腈納米纖維進行預氧化和碳化處理,將得到的柔性碳纖維應用于電磁屏蔽。使用掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、拉曼光譜對紡絲纖維以及碳纖維進行表征,結(jié)果表明:乙酰丙酮鎳的加入不僅增加碳纖維表面的納米顆粒,而且會提高碳纖維的柔韌性。此外,鎳摻雜的碳纖維Mapping分析表明:Ni元素以顆粒的形式存在于纖維的表面及內(nèi)部。X射線衍射譜圖表明:碳纖維表面的鎳元素主要以單質(zhì)的形式存在。電磁屏蔽結(jié)果表明:鎳摻雜的碳纖維具有良好的電磁屏蔽性能,屏蔽效能可達到近30 dB,在經(jīng)過一定時間的氟化處理后,所得到的鎳摻雜的碳纖維在具有超雙疏性能的同時,其屏蔽效能依舊可以保持在25 dB左右。(3)依舊采用靜電紡絲技術(shù)制備了不同比例鎳摻雜的聚丙烯腈納米纖維,并將紡絲得到的聚丙烯腈復合納米纖維進行預氧化和碳化處理獲得鎳摻雜碳納米纖維,然后將碳纖維作為電極材料并探究其在超級電容器中的應用。X射線光電子能譜分析表明,碳纖維薄膜中主要含有碳、氮、氧和鎳元素,且纖維中鎳元素也以NiO形式存在。電化學測試結(jié)果明:雜原子摻雜的碳纖維,由于其特殊的表面性質(zhì),在3MKOH電解液中,1Ag~(-1)的電流密度下,其比電容可達到202.7 F g~(-1)。
【學位單位】：揚州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB33
【部分圖文】：

易行等優(yōu)點，己經(jīng)成為制備高比表面積、尺寸均勻納米纖維的主要途徑之一。逡逑１．２．２靜電紡絲技術(shù)的裝置與原理逡逑靜電紡絲的設備裝置如圖１．１所示，主要分為提供高壓靜電力的高壓電源、帶有金屬逡逑針頭的噴射裝置和接地的接收板。靜電紡絲的過程主要涉及到諸多方面［８］，如運動學、動逡逑力學和傳熱學。高壓電源的兩極分別連著噴射裝置和接收裝置，為紡絲過程提供高壓。一逡逑般來說，實驗室采用交流高壓電源，交流高壓電源由于可以交替的使射流帶電荷，從而使逡逑溶液主體呈現(xiàn)電中性，因此可以順利的沉積在接受板上。影響靜電紡絲的重要因素之一是逡逑噴射裝置，也就是實驗過程中最常用的針頭，而在裝置的改進方面一般是改變噴頭的種類。逡逑

５逡逑公式中０代表固體表面的靜態(tài)接觸角，：分別代表固氣、固液和液氣界面的逡逑表面張力，如圖１．２所示。由楊氏方程可知，控制固體表面的化學姐成即表面修飾方法可逡逑以降低表面自由能達到提高表面接觸角的目的。把０＜９0的表面稱為親液表面，０＞９0的逡逑表面稱為疏液表面，當０＞１５0時，固體表面表現(xiàn)出超疏液的性質(zhì)。逡逑＼逡逑＼逡逑７ｓ逡逑＾邐＾邋ｍｕｍ邋ｍｔｍ邋ｍｍ邐ａｓｍ＊邋￥ａｅｍ邋ｍｍ？逡逑ｙＳＬ逡逑圖１．２接觸角示意圖逡逑（２）邐Ｗｅｎｚｅｌ邋模型逡逑楊氏方程適用于理想狀態(tài)下的平滑平面，但實際的表面都有一定的粗糙度，因此需要逡逑考慮粗糙度對浸潤性的影響，如圖１．３所示。１９３６年，Ｗｅｎｚｅｌ［４１ｌ意識到粗糙度對潤濕性的逡逑影響，他將楊氏方程改為：逡逑ｃｏｓ０ｉｖ＝ｒ邋ｃｏｓｄ邐（１－２）逡逑式中／？為粗糙度因子，是粗糙表面的表觀接觸角。由公式可知，ｅ＜９0時，隨著逡逑表面粗糙度增大而降低，表面更親液；ｅ＞９0時，０Ｈ／隨著表面粗糙度增大而增加，表面更逡逑疏液。逡逑圖１．３邋Ｗ

５逡逑公式中０代表固體表面的靜態(tài)接觸角，：分別代表固氣、固液和液氣界面的逡逑表面張力，如圖１．２所示。由楊氏方程可知，控制固體表面的化學姐成即表面修飾方法可逡逑以降低表面自由能達到提高表面接觸角的目的。把０＜９0的表面稱為親液表面，０＞９0的逡逑表面稱為疏液表面，當０＞１５0時，固體表面表現(xiàn)出超疏液的性質(zhì)。逡逑＼逡逑＼逡逑７ｓ逡逑＾邐＾邋ｍｕｍ邋ｍｔｍ邋ｍｍ邐ａｓｍ＊邋￥ａｅｍ邋ｍｍ？逡逑ｙＳＬ逡逑圖１．２接觸角示意圖逡逑（２）邐Ｗｅｎｚｅｌ邋模型逡逑楊氏方程適用于理想狀態(tài)下的平滑平面，但實際的表面都有一定的粗糙度，因此需要逡逑考慮粗糙度對浸潤性的影響，如圖１．３所示。１９３６年，Ｗｅｎｚｅｌ［４１ｌ意識到粗糙度對潤濕性的逡逑影響，他將楊氏方程改為：逡逑ｃｏｓ０ｉｖ＝ｒ邋ｃｏｓｄ邐（１－２）逡逑式中／？為粗糙度因子，是粗糙表面的表觀接觸角。由公式可知，ｅ＜９0時，隨著逡逑表面粗糙度增大而降低，表面更親液；ｅ＞９0時，０Ｈ／隨著表面粗糙度增大而增加，表面更逡逑疏液。逡逑圖１．３邋Ｗ

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本文編號：2808146