微米碳螺旋纖維功能材料的制備及其電學(xué)特性研究.pdf

1、作為一種新型的碳材料，螺旋碳纖維（CMC）除了具有一般碳纖維的低密度、高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電等優(yōu)異性能外，其特殊的3D螺旋結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的力學(xué)性能、電學(xué)性能，可用作微型傳感器、微機(jī)械彈簧、儲氫材料、催化劑、超級電容器等領(lǐng)域，具有廣泛前景。本文采用氣相沉積法（CVD）制備螺旋碳纖維，同時(shí)對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并對其復(fù)合材料的電學(xué)性能進(jìn)行研究，主要內(nèi)容如下：
　　本文采用CVD法制備了高純度的螺旋碳纖維。Raman光譜表明

2、所制備CMC在其組成上存在著非晶碳和石墨片層，其中石墨片晶面間距明顯大于標(biāo)準(zhǔn)的石墨結(jié)構(gòu)及其亂層結(jié)構(gòu)的晶面間距，拉曼峰ID/IG=0.841，說明微觀結(jié)構(gòu)有序性較差，呈現(xiàn)長程無序性。
　　本文研究了有序螺旋碳纖維/硅橡膠復(fù)合材料在不同外力負(fù)載下的阻抗變化特性。結(jié)果顯示：有序排列的CMCs具有良好的電容性能，在低頻區(qū)，其阻抗值均隨著負(fù)載的增大而減小，但是CMCs含量少的試樣表現(xiàn)出對負(fù)載變化更好的敏感性。掌握阻抗變化規(guī)律對于實(shí)現(xiàn)將CMC

3、s用作傳感元件有重要價(jià)值。
　　本文采用微波加熱法制備出MnOOH/CMC復(fù)合材料，用其作電極材料，并研究其儲電性能。伏安循環(huán)曲線和充放電曲線顯示其具有較高的贗電容，并且當(dāng)掃描速度為2mV s-1時(shí)，比電容達(dá)396F g-1；在1.2A g-1的電流密度下，最初比電容為206F g-1，接著電容緩慢上升到220F g-1，1000次循環(huán)后，比電容仍為214F g-1，顯示出優(yōu)異的充放電循環(huán)穩(wěn)定性。電化學(xué)阻抗頻譜（EIS）譜由高頻區(qū)

4、半圓，中頻區(qū)半圓弧與低頻區(qū)的一條斜線組成，鑒于阻抗譜特點(diǎn)，提出等效電路圖對電容體系進(jìn)行模擬分析。研究結(jié)果展現(xiàn)MnOOH/CMC是一種良好的超級電容器電極的候選材料。
　　最后、本文利用電泳沉積法（EPD）成功地制備了MnO2/CMC復(fù)合材料，通過XRD、Raman和XPS等多種表征手段其形貌。我們測試研究了MnO2/CMC復(fù)合材料的電容性能，測得在5mV s-1掃描電壓下電容值可達(dá)115F g-1，在0.2A g-1電流密度循環(huán)2