【摘要】：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、高強度、耐腐蝕、耐高溫、耐摩擦、導電等優(yōu)異性能外,其特殊的3D螺旋結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的力學性能、電學性能,可用作微型傳感器、微機械彈簧、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,同時對其結(jié)構(gòu)進行表征,并對其復合材料的電學性能進行研究,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準的石墨結(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/硅橡膠復合材料在不同外力負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),其阻抗值均隨著負載的增大而減小,但是CMCs含量少的試樣表現(xiàn)出對負載變化更好的敏感性。掌握阻抗變化規(guī)律對于實現(xiàn)將CMCs用作傳感元件有重要價值。本文采用微波加熱法制備出Mn OOH/CMC復合材料,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,并且當掃描速度為2m V s-1時,比電容達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。電化學阻抗頻譜(EIS)譜由高頻區(qū)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,提出等效電路圖對電容體系進行模擬分析。研究結(jié)果展現(xiàn)Mn OOH/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Mn O2/CMC復合材料,通過XRD、Raman和XPS等多種表征手段其形貌。我們測試研究了Mn O2/CMC復合材料的電容性能,測得在5m V s-1掃描電壓下電容值可達115F g-1,在0.2A g-1電流密度循環(huán)200圈后電容量降到96.7F g-1,為原先電容量的89.5%,顯示出較好的循環(huán)穩(wěn)定性。
【圖文】：

圖 1-1 基體法制備納米碳纖維的設(shè)備簡圖Fig 1-1 The sketch of seed based method producing carbon nano-fib(如圖 1-2）是將催化劑混于苯等液態(tài)有機物中，在外力的混合液噴灑到高溫反應(yīng)室中。此法雖可實現(xiàn)連續(xù)反應(yīng)體比例難以控制，催化劑顆粒分布不均勻，因此制備純

圖 1-1 基體法制備納米碳纖維的設(shè)備簡圖Fig 1-1 The sketch of seed based method producing carbon nano-fibers淋法(如圖 1-2）是將催化劑混于苯等液態(tài)有機物中，在外力作用下化劑的混合液噴灑到高溫反應(yīng)室中。此法雖可實現(xiàn)連續(xù)反應(yīng)，但對于類氣體比例難以控制，催化劑顆粒分布不均勻，因此制備純度不高。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ342.74;TB34

【參考文獻】

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本文編號：2535592