發(fā)布時間：2020-12-27 00:38

　　以聚丙烯腈（PAN）為原料,經(jīng)靜電紡絲、穩(wěn)定化和碳化,制備了碳納米纖維（CNFs）,并摻入磺化石墨烯（SG）進行結(jié)構(gòu)調(diào)控,制備出SG/CNFs復(fù)合材料。采用X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、拉曼光譜、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和X射線光電子能譜（XPS）對碳納米纖維的形貌和結(jié)構(gòu)進行了表征,通過循環(huán)伏安（CV）、充放電測試、電化學(xué)阻抗（EIS）等方法對其作為鋰離子電池負(fù)極材料進行電化學(xué)性能測試。系統(tǒng)研究了氮的種類及含量對材料結(jié)構(gòu)及鋰離子電池（LIBs）中Li⁺的儲存性能和負(fù)極容量的影響。主要研究結(jié)果如下:（1）以PAN為原料制備的CNFs,碳化過程中從無定形碳向石墨化碳結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,含氮官能團減少,材料的結(jié)構(gòu)變化對Li⁺在CNFs電極中的存儲位置有很大影響。Li⁺不僅可以儲存在石墨化碳層之間,而且還可以儲存在氮功能化引起的缺陷部位,后者主要是由于碳材料的氮摻雜而使LIBs的電化學(xué)性能改善。其分子結(jié)構(gòu)與Li⁺的儲存行為和負(fù)極材料的電化學(xué)性能有很強的相關(guān)性。在高溫下... 

【文章來源】：武漢科技大學(xué)湖北省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)多壁碳納米管；(b)片層石墨烯；(c)魚骨狀石墨烯；(d)帶狀石墨烯；(e)疊杯形碳納米管和(f)無石墨烯層的非晶碳納米管的結(jié)構(gòu)

武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文5(a)(b)圖1.2(a)靜電紡絲裝置簡圖和(b)Taylor錐的形成Figure1.2Schematicdrawingsof(a)electrospinningdeviceand(b)formationofTaylorconeunderincreasingvoltage1.2.2聚合物前驅(qū)體的類型在靜電紡絲過程中，能夠成功生產(chǎn)纖維的最佳條件與前驅(qū)體密切相關(guān)，前驅(qū)體也會影響最終纖維的結(jié)構(gòu)，如直徑和長度。用于儲能裝置的前驅(qū)體主要是溶解在溶劑中的聚合物。根據(jù)前驅(qū)體所起的作用，可以分為兩組，即主前驅(qū)體和副前驅(qū)體。主前驅(qū)體作為纖維結(jié)構(gòu)的支架，通常在惰性氣體中經(jīng)過碳化形成CNFs，如聚丙烯腈(PAN)和聚酰亞胺(PI)。副前驅(qū)體是一種犧牲物相，可在熱處理后移除，以創(chuàng)造特殊的結(jié)構(gòu)，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚苯乙烯(PS)。使用副前驅(qū)體的最廣泛的目的之一是產(chǎn)生容納各種金屬(氧化物)的空隙空間，這將在1.3.4節(jié)討論。PAN通常被電紡成各種直徑的高質(zhì)量纖維，再被轉(zhuǎn)化成碳納米纖維，如后面1.4.1節(jié)所述。纖維的形態(tài)(即直徑和均勻性)對溶液性質(zhì)、操作條件、環(huán)境等紡絲參數(shù)很敏感，但溶液性質(zhì)占主導(dǎo)地位。一般來說，其直徑隨著聚合物濃度的降低和溶液導(dǎo)電性的增加而顯著減校但是到目前為止，將PAN聚合物電紡成直徑只有幾納米的均勻納米纖維仍然是困難的。此外，可以將CNT嵌入到PAN纖維中，來提高機械性能、熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電性[29,30]。將PAN溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，研究聚合物溶液的濃度以及浸入溶液的電極與目標(biāo)電極之間施加的直流電壓對PAN納米纖維直徑的影響。溶液濃度控制合成纖維的直徑，如圖1.3(a)所示。另外，納米纖維直徑的影響還取決于PAN的分子量和聚合物溶液的纏結(jié)密度[31]，施加的

武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文6電壓對纖維直徑?jīng)]有明顯影響，如圖1.3(b)所示。圖1.3PAN纖維直徑與(a)紡絲前驅(qū)體溶液濃度及(b)外加電壓的關(guān)系[28]Figure1.3DependencesofdiameterofPANfiberon(a)concentrationoftheprecursorsolutionand(b)appliedvoltageforspinning近年來，許多研究人員通過靜電紡絲法制備了聚酰亞胺(PI)纖維[32,33]，一般采用三步：聚丙烯酸(PAA)的聚合、PAA溶液的電紡以及纖維的�；�。PAA溶液的濃度或粘度被認(rèn)為是控制電紡PI纖維形態(tài)的最有效變量之一[32]，合成的PI纖維的直徑從幾十納米到幾百納米不等。聚偏氟乙烯(PVDF)很容易加工成各種形狀，是一種熱塑性聚合物。將PVDF加入DMF和丙酮(8/2)的混合溶液中，形成15wt%的溶液，制備出直徑為50~300nm的PVDF纖維網(wǎng)[34]。聚乙烯醇(PVA)是一種水溶性多羥基聚合物，在基礎(chǔ)研究中作為碳前驅(qū)體使用，盡管它在高溫下容易分解，碳產(chǎn)率低。不同直徑(50~250nm)的PVA納米纖維很容易從7~15wt%的水溶液中電紡出來[35]。與PVA相比，瀝青(pitch)作為碳納米纖維的前驅(qū)體具有碳產(chǎn)率高、成本低等優(yōu)點。然而，對于瀝青，必須選擇合適的溶劑，將瀝青溶解到足夠高的濃度，并具有適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)點，用于靜電紡絲。將石油衍生的各向同性瀝青溶于四氫呋喃(THF)溶劑或DMF和THF的二元溶劑中進行紡絲，可使瀝青轉(zhuǎn)化為碳納米纖維[36]。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚苯乙烯(PS)是電紡絲中最常用的犧牲相聚合物。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]碳納米管摻雜及其應(yīng)用技術(shù)研究進展[J]. 安立寶,董帥.  南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2019(03)

碩士論文
[1]鈷（鈷鐵）-氮摻雜碳納米纖維的制備及其電催化性能研究[D]. 易夢婷.華南理工大學(xué) 2019
[2]硅基和二氧化硅基納米復(fù)合負(fù)極材料的研究[D]. 劉雪蓮.湖南大學(xué) 2016



本文編號：2940753