電紡聚丙烯膊基碳纖維及其復(fù)合材料的制備與性能.pdf

1、由電紡制備的聚丙烯腈(PAN)纖維具有納米級(jí)直徑，經(jīng)過熱處理后可得納米級(jí)碳纖維。化學(xué)氣相沉積(CVD)由于具有操作簡單、成本低廉及參數(shù)可控等優(yōu)勢，普遍用于制備碳納米管(CNTs)。某些過渡金屬及其氧化物具有較高的比電容，是超級(jí)電容器的理想電極材料。通過與CNTs或者過渡金屬復(fù)合，可拓展碳纖維基體在鋰離子電池及超級(jí)電容器方面的應(yīng)用。
　　 本文利用電紡方法制備PAN纖維膜，并對其進(jìn)行預(yù)氧化及碳化，研究不同預(yù)氧化溫度及時(shí)間對PAN結(jié)

2、構(gòu)轉(zhuǎn)變的影響。通過紅外光譜、拉曼光譜及X射線衍射(XRD)表征，得到制備PAN基碳纖維的最佳熱處理?xiàng)l件，即預(yù)氧化條件為300℃、1.5h，碳化條件為1000℃、0.5h。
　　 使用CVD法在碳纖維表面生長CNTs，研究了不同條件對于CNTs生長的影響。當(dāng)催化劑濃度為0.025g/mL、溫度為850℃、時(shí)間為40min時(shí)，CNTs能在碳纖維表面均勻連續(xù)生長。熱失重分析表明，所得到的碳纖維/CNTs復(fù)合材料中CNTs的含量為7.4

3、1wt％。循環(huán)伏安(CV)結(jié)果顯示，碳纖維的比電容(SC)為0.034F/g，而在不考慮碳纖維基體對電容的貢獻(xiàn)的情況下，CNTs的SC為1.22F/g，為碳纖維基體的40倍。使用碳纖維/CNTs作為負(fù)極材料制備鋰離子電池，并測試其充放電性能。結(jié)果顯示，在放電速率為20mA/g的情況下，碳纖維/CNTs膜作為電極材料第一次循環(huán)的放電容量為580mAh/g，第二次循環(huán)的放電容量為300mAh/g，而后維持了相對較平穩(wěn)的水平。
　　

4、通過將PAN與二月桂酸二丁基錫(DBTDL)共紡及將DBTDL吸附于碳纖維表面，經(jīng)過熱處理，制備包埋Sn納米粒子及表面吸附的碳纖維基體復(fù)合材料，并測試其電化學(xué)性質(zhì)。Sn納米粒子包埋的碳纖維復(fù)合材料由于Sn納米粒子與電解液無法接觸，導(dǎo)致所得Sn納米粒子的加入對于復(fù)合材料的電化學(xué)性能幾乎無影響。而Sn納米粒子表面吸附的碳纖維復(fù)合材料則具有極高的比電容及循環(huán)穩(wěn)定性。依據(jù)CV曲線，在掃描速率為20mV/s時(shí)，碳纖維/Sn復(fù)合材料的SC是碳纖維基