三維多孔碳納米管海綿復合材料的可控制備和性能研究.pdf

1、碳納米管海綿是一種由多壁碳納米管無序堆積而成的三維多孔網(wǎng)絡結構，在能源和環(huán)境領域有廣闊的應用前景。為了推動碳納米管海綿的實際應用，需要進一步改善它的力學和電學等相關性能，尤其是在形變過程中的結構穩(wěn)定性和彈性回復能力。此外，在碳納米管海綿內(nèi)部可控的引入活性材料是制備高性能功能器件的有效途徑。本論文研究了基于碳納米管海綿的復合多孔材料的可控制備、力學性能和電容性能，探索了在能源器件領域的應用。通過在海綿內(nèi)部均勻負載非晶碳和導電聚合物制備了結

2、構可控的復合多孔材料，分別提高了海綿的力學性能和電化學性能。
　　本研究制備了碳納米管/非晶碳復合多孔材料并研究了力學性能。采用化學氣相沉積法，乙炔為碳源，在海綿內(nèi)部直接沉積非晶碳，獲得了非晶碳均勻包覆的碳納米管核殼結構。通過調(diào)節(jié)反應時間等參數(shù)調(diào)控了包覆層的厚度，并且碳納米管之間的搭接點被有效焊接，形成了具有穩(wěn)定三維框架的塊體結構。力學測試表明，引入非晶碳使碳納米管海綿的壓縮彈性模量和壓縮強度分別提高了40和60倍，在10％到50

3、%的壓縮應變下可彈性回復，循環(huán)壓縮1000次后不產(chǎn)生塑性變形。分析了有關機制，發(fā)現(xiàn)碳納米管的包覆及焊接能夠保持材料在壓縮過程中的結構穩(wěn)定性，從而獲得超彈性。制備了碳納米管/聚苯胺復合多孔材料并研究了電化學性能。采用電化學沉積法，苯胺單體為原料，在碳納米管海綿內(nèi)部聚合成聚苯胺，獲得了聚苯胺均勻包覆的碳納米管核殼結構，并且聚苯胺的厚度可調(diào)，碳納米管之間的搭接點也被焊接。采用三電極法測試了復合海綿的電化學性能，發(fā)現(xiàn)引入聚苯胺使質量比電容從約3