基于界面調(diào)控制備碳納米管作為導(dǎo)電介質(zhì)的復(fù)合材料及其電學(xué)性能的研究.pdf

1、本論文以復(fù)合材料中界面相互作用為研究對(duì)象，基于界面調(diào)控制備了不同組成和結(jié)構(gòu)的碳納米管復(fù)合材料。分別使用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線衍射(XRD)、拉曼光譜（Raman）、X光電子能譜(XPS)、熱失重測試(TG)、場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、透射電鏡(TEM)、高分辨率透射電鏡(HR-TEM)、電化學(xué)測試等表征手段與測試方法對(duì)復(fù)合材料的組成、結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行分析后，進(jìn)一步研究界面作用與性能之間的內(nèi)在關(guān)系。具體如下:
　　

2、利用十六烷基三甲基溴化銨在溶液中形成的膠束充當(dāng)軟模板，通過改變其濃度調(diào)變膠束聚集體的形態(tài)，可控合成不同形貌的聚吡咯材料，并探討線狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚吡咯納米材料的形成機(jī)理。在合成線狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)聚吡咯的反應(yīng)體系中，利用羧基化的碳納米管與膠束的良好的界面相容性，將碳納米管作為“增強(qiáng)劑”成功植入到線狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚吡咯納米線中，所制備碳納米管/聚吡咯復(fù)合材料維持該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，其比表面積為112.1m2·g-1。該復(fù)合材料應(yīng)用于電容器電極材料由于碳納

3、米管的植入，降低了聚吡咯材料的電荷轉(zhuǎn)移電阻，增加了電極的離子/電子的擴(kuò)散速率。其比電容值在1A·g-1的電流密度下可達(dá)221F·g-1，當(dāng)電流密度達(dá)到8A·g-1時(shí)依然具有183F·g-1的比電容值。該電極材料采用恒電流充放電循環(huán)測試1000周后，比電容的保持率達(dá)85％。當(dāng)其與活性炭組裝成非對(duì)稱型兩電極電容器時(shí)，電容器的工作電壓為1.5V，在3000W·kg-1功率密度下，能量密度達(dá)到了15.1Wh·kg-1。該兩電極電容器經(jīng)過恒電流充

4、放電循環(huán)3000周后，容量保持率為72％。
　　采用原位聚合方法在碳納米管表面接枝聚丙烯酸，隨后鈉化處理得到聚丙烯酸鈉接枝的碳納米管（PAANa-g-CNT），聚丙烯酸鈉在碳納米管表面形成均勻的包覆層，厚度約10nm。將修飾前后的碳納米管作為導(dǎo)電添加劑制備碳納米管/聚醚酰亞胺(CNT/PEI)抗靜電復(fù)合材料。通過透射電鏡照片觀察，PAANa-g-CNT在復(fù)合材料具有良好的分散，且碳納米管的逾滲閥值降低到1.4wt.％。對(duì)CNT/P

5、EI復(fù)合材料進(jìn)行阻抗分析表明，在PAANa-g-CNT/PEI復(fù)合材料中存在離子導(dǎo)電行為。綜述所述，修飾后在基體中良好的分散狀態(tài)和產(chǎn)生的離子導(dǎo)電行為共同提高了復(fù)合材料的抗靜電性能。
　　利用前驅(qū)體法制備具有強(qiáng)界面作用的鈷鐵尖晶石/碳納米管(CoFe2O4/CNT)復(fù)合材料，其中的強(qiáng)界面作用包括二者之間氧橋的共價(jià)鍵連接和制備過程中對(duì)碳納米管的修復(fù)效果。首先，采用共沉淀法制備了CoFe2O4的前驅(qū)體Co(Ⅱ)Fe(Ⅱ)Fe(Ⅲ)水滑石

6、(CoFeFe-LDH)，經(jīng)過液相剝離后得到CoFeFe-LDH納米片，尺寸約5nm。其次，利用CoFeFe-LDH納米片與羧基化的碳納米管之間的靜電自組裝制備水滑石/碳納米管(LDH/CNT)復(fù)合材料。最后，LDH/CNT復(fù)合材料經(jīng)過焙燒處理后得到CoFe2O4/CNT復(fù)合材料。在焙燒過程中CoFeFe-LDH納米片發(fā)生分解，且伴隨著Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+，形成鈷鐵尖晶石晶型。通過XPS分析比較碳納米管表面的含氧基團(tuán)數(shù)量得出，CoFe

7、Fe-LDH納米片中的Fe2+對(duì)羧基化碳納米管起到了還原作用，并且碳納米管表面的CoFeFe-LDH納米片的數(shù)量與還原效果成正比，且進(jìn)一步的分析表明在CoFe2O4/CNT復(fù)合材料中二者之間形成氧橋的共價(jià)鍵連接。
　　CoFe2O4/CNT復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料與物理混合樣品相比，具有低的電荷轉(zhuǎn)移和鋰離子擴(kuò)散電阻、良好的循環(huán)穩(wěn)定性和優(yōu)良的倍率特性。首次放電比容量可達(dá)1100mAh·g-1;在0.4A·g-1的電流密度下，循