多元碳系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及其應(yīng)用.pdf

1、碳納米管(CNT)、石墨烯(G)、碳納米纖維(CNF)由于其具有比表面積大、導(dǎo)電性好、性能穩(wěn)定、質(zhì)輕等諸多特點(diǎn)，在科學(xué)研究和生產(chǎn)領(lǐng)域中都被廣泛地推廣與應(yīng)用，在國內(nèi)外的相關(guān)報道數(shù)以萬計。然而，單純地使用一種碳材已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的要求，因此研究者們將目光越來越多地聚集在多元碳系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中。而制備多元碳系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的方法有很多種，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，本文采用了靜電紡絲法和粉末冶金法。原因在于電化學(xué)超級電容器(ESC)的電極材料需要在導(dǎo)電性、比表

2、面積、孔隙率等方面具有優(yōu)異的性能，而靜電紡絲法制備的納米纖維的直徑比傳統(tǒng)工藝制備的纖維的直徑要小1-3個數(shù)量級，在比表面積、長徑比、孔隙率、通透性等方面具有卓越的性能;受電弓滑板材料需要良好的導(dǎo)電性和耐磨性，而粉末冶金法在高溫高壓下壓制而成塊狀材料具有顯著的導(dǎo)電性、強(qiáng)度、耐磨性等性能。
　　本文主要研究了采用靜電紡絲法和粉末冶金法制備的多元碳系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，及其在ESC和受電弓滑板材料中的應(yīng)用。采用掃描電鏡、光學(xué)顯微鏡等來表征其形貌;

3、采用孔隙比表面儀對材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征;采用循環(huán)伏安、恒流充放電等來表征其電化學(xué)儲能性能;采用載流摩擦磨損測試來表征其磨損率、摩擦系數(shù)、電弧能量等。研究內(nèi)容如下:
　　1.通過靜電紡絲法得到聚丙烯腈/碳納米管纖維薄膜(PAN/CNTF)，高溫氣體保護(hù)下碳化為碳納米纖維/碳納米管二元碳系導(dǎo)電薄膜(CNF/CNTF)，利用化學(xué)氣相沉積法在預(yù)埋催化劑的CNF/CNTF上二次生長碳納米管(CNT)得到碳納米纖維/碳納米管二元碳系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)(CN

4、F/CNTN)。電化學(xué)儲能性能測試結(jié)果表明CNF/CNTF的比容量可達(dá)到94.3 F/g（有機(jī)電解液），CNF/CNTN的比容量可達(dá)到117.6F/g（有機(jī)電解液）。
　　2.通過靜電紡絲法得到含催化劑的聚丙烯腈/氧化石墨烯纖維薄膜(PAN/GOF)，利用化學(xué)氣相沉積法在高溫下還原氧化石墨烯(GO)、生長CNT得到碳納米纖維/碳納米管/石墨烯三元碳系導(dǎo)電薄膜(CNF/CNT/GF);靜電紡絲得到聚丙烯腈/碳納米管纖維薄膜(PAN/

5、CNTF)，預(yù)氧化處理后浸漬GO溶液，高溫下還原GO得到碳納米纖維/碳納米管/石墨烯三元碳系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)(CNF/CNT/GN)。電化學(xué)儲能性能測試結(jié)果表明CNF/CNT/GF的比容量可達(dá)到114.0F/g（有機(jī)電解液），CNF/CNT/GN的比容量可達(dá)到138.4F/g（有機(jī)電解液）。
　　3.通過粉末冶金法將石墨、CNT、Ti3SiC2與電解銅粉按照不同質(zhì)量比，球磨均勻后利用真空熱壓燒結(jié)爐在高溫高壓下制成的四元碳系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用在