電紡聚丙烯膊基碳纖維及其復合材料的制備與性能.pdf

1、由電紡制備的聚丙烯腈(PAN)纖維具有納米級直徑，經過熱處理后可得納米級碳纖維。化學氣相沉積(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，是超級電容器的理想電極材料。通過與CNTs或者過渡金屬復合，可拓展碳纖維基體在鋰離子電池及超級電容器方面的應用。
　　 本文利用電紡方法制備PAN纖維膜，并對其進行預氧化及碳化，研究不同預氧化溫度及時間對PAN結

2、構轉變的影響。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條件，即預氧化條件為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。當催化劑濃度為0.025g/mL、溫度為850℃、時間為40min時，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復合材料中CNTs的含量為7.4

3、1wt％。循環(huán)伏安(CV)結果顯示，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作為負極材料制備鋰離子電池，并測試其充放電性能。結果顯示，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合材料，并測試其電化學性質。Sn納米粒子包埋的碳纖維復合材料由于Sn納米粒子與電解液無法接觸，導致所得Sn納米粒子的加入對于復合材料的電化學性能幾乎無影響。而Sn納米粒子表面吸附的碳纖維復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，碳纖維/Sn復合材料的SC是碳纖維基