導(dǎo)電納米材料在纖維表面的毛細(xì)自組裝及性能研究.pdf

1、碳納米管、銀納米線和石墨烯等一維和二維導(dǎo)電納米材料具有導(dǎo)電性高、機(jī)械性能好、可規(guī)模制備和可溶液加工等特點(diǎn)，成為新型透明導(dǎo)電薄膜、鋰離子電池電極和異形柔性電極等的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。近年來(lái)，由于可穿戴電子器件的迅速發(fā)展，以線狀電極為代表的柔性電極成為重要的研究方向。碳納米管等導(dǎo)電納米材料可通過(guò)紡絲、噴涂、粘結(jié)等方式制備導(dǎo)電紗線。受限于材料性質(zhì)和加工方法，目前缺乏一種普適性的方法來(lái)大規(guī)模制備負(fù)載量高、柔性高、導(dǎo)電性高并可調(diào)控的導(dǎo)電紗線。在本論文中

2、，我們根據(jù)溶液在纖維間的毛細(xì)作用原理和蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝現(xiàn)象，提出了一種毛細(xì)誘導(dǎo)自組裝技術(shù)，將碳納米管、銀納米線和石墨烯等導(dǎo)電納米材料包裹在尼龍和棉線等紗線上，制備出新型導(dǎo)電紗線。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將導(dǎo)電納米材料組裝在光滑的金屬絲上，制成線狀電極用于構(gòu)建全固態(tài)超級(jí)電容器。具體研究結(jié)果如下：
　　1.利用棉、尼龍、滌綸等紗線芯吸效應(yīng)，即毛細(xì)作用，將碳納米管、銀納米線和氧化石墨烯的溶液吸附在纖維表面，然后通過(guò)蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝過(guò)程，使目標(biāo)導(dǎo)電

3、納米材料均勻地包覆在纖維上，制成導(dǎo)電紗線。通過(guò)控制導(dǎo)電納米材料種類(lèi)和組裝次數(shù)，可對(duì)導(dǎo)電紗線的線電阻進(jìn)行有效調(diào)控，電阻值范圍覆蓋幾歐姆到幾萬(wàn)歐姆。各類(lèi)導(dǎo)電納米材料在制備導(dǎo)電紗線所展示的導(dǎo)電能力按照銀納米線>碳納米管>石墨烯的順序排列。此外，紗線的纖維的緊密度對(duì)導(dǎo)電性能影響顯著。尼龍紗線中的纖維排列均勻緊密，因而比其他紗線更易獲得高導(dǎo)電性能。其中銀納米線修飾的尼龍紗線的導(dǎo)電性最好，其線電阻可低于2Ω/cm（電導(dǎo)率超過(guò)150 S/c m）的導(dǎo)

4、電紗線。
　　2.采用原位觀測(cè)技術(shù)，研究銀納米線在光滑金屬絲表面的毛細(xì)自組裝過(guò)程。將金屬絲纏繞成束形成微尺度線間孔隙，實(shí)現(xiàn)了金屬絲間的毛細(xì)管的構(gòu)建用于吸附碳納米管、石墨烯等溶液，繼而通過(guò)自組裝在在光滑金屬絲表面包覆碳納米材料，制成線狀電極用于組裝線狀超級(jí)電容器。其中鎳絲表面自組裝單壁碳納米管后的電極制備固態(tài)的線狀超級(jí)電容器（LiC l/PVA作為凝膠電解質(zhì)）展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，在掃速10 mV/s時(shí)的比電容達(dá)到34.7 F/g，在0