本文關(guān)鍵詞：導(dǎo)電納米材料在纖維表面的毛細(xì)自組裝及性能研究

  更多相關(guān)文章： 導(dǎo)電紗線 線狀電極 毛細(xì)自組裝 碳納米材料 超級(jí)電容器

【摘要】：碳納米管、銀納米線和石墨烯等一維和二維導(dǎo)電納米材料具有導(dǎo)電性高、機(jī)械性能好、可規(guī)模制備和可溶液加工等特點(diǎn),成為新型透明導(dǎo)電薄膜、鋰離子電池電極和異形柔性電極等的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。近年來,由于可穿戴電子器件的迅速發(fā)展,以線狀電極為代表的柔性電極成為重要的研究方向。碳納米管等導(dǎo)電納米材料可通過紡絲、噴涂、粘結(jié)等方式制備導(dǎo)電紗線。受限于材料性質(zhì)和加工方法,目前缺乏一種普適性的方法來大規(guī)模制備負(fù)載量高、柔性高、導(dǎo)電性高并可調(diào)控的導(dǎo)電紗線。在本論文中,我們根據(jù)溶液在纖維間的毛細(xì)作用原理和蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝現(xiàn)象,提出了一種毛細(xì)誘導(dǎo)自組裝技術(shù),將碳納米管、銀納米線和石墨烯等導(dǎo)電納米材料包裹在尼龍和棉線等紗線上,制備出新型導(dǎo)電紗線。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步將導(dǎo)電納米材料組裝在光滑的金屬絲上,制成線狀電極用于構(gòu)建全固態(tài)超級(jí)電容器。具體研究結(jié)果如下:1.利用棉、尼龍、滌綸等紗線芯吸效應(yīng),即毛細(xì)作用,將碳納米管、銀納米線和氧化石墨烯的溶液吸附在纖維表面,然后通過蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝過程,使目標(biāo)導(dǎo)電納米材料均勻地包覆在纖維上,制成導(dǎo)電紗線。通過控制導(dǎo)電納米材料種類和組裝次數(shù),可對(duì)導(dǎo)電紗線的線電阻進(jìn)行有效調(diào)控,電阻值范圍覆蓋幾歐姆到幾萬歐姆。各類導(dǎo)電納米材料在制備導(dǎo)電紗線所展示的導(dǎo)電能力按照銀納米線碳納米管石墨烯的順序排列。此外,紗線的纖維的緊密度對(duì)導(dǎo)電性能影響顯著。尼龍紗線中的纖維排列均勻緊密,因而比其他紗線更易獲得高導(dǎo)電性能。其中銀納米線修飾的尼龍紗線的導(dǎo)電性最好,其線電阻可低于2Ω/cm(電導(dǎo)率超過150 S/cm)的導(dǎo)電紗線。2.采用原位觀測(cè)技術(shù),研究銀納米線在光滑金屬絲表面的毛細(xì)自組裝過程。將金屬絲纏繞成束形成微尺度線間孔隙,實(shí)現(xiàn)了金屬絲間的毛細(xì)管的構(gòu)建用于吸附碳納米管、石墨烯等溶液,繼而通過自組裝在在光滑金屬絲表面包覆碳納米材料,制成線狀電極用于組裝線狀超級(jí)電容器。其中鎳絲表面自組裝單壁碳納米管后的電極制備固態(tài)的線狀超級(jí)電容器(Li Cl/PVA作為凝膠電解質(zhì))展現(xiàn)出優(yōu)異的性能,在掃速10 m V/s時(shí)的比電容達(dá)到34.7 F/g,在0.8 A/g的電流密度下充放電3000次電容值仍保留86%。
【關(guān)鍵詞】：導(dǎo)電紗線 線狀電極 毛細(xì)自組裝 碳納米材料 超級(jí)電容器
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1;TM53
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 專用術(shù)語注釋表9-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 毛細(xì)作用10-13
• 1.1.1 毛細(xì)現(xiàn)象的發(fā)展10-12
• 1.1.2 多孔介質(zhì)中的毛細(xì)作用12
• 1.1.3 纖維中的毛細(xì)作用12-13
• 1.2 毛細(xì)作用中的動(dòng)力學(xué)理論13-15
• 1.3 液滴在纖維表面的浸潤(rùn)與毛細(xì)作用15-18
• 1.3.1 液滴在單根纖維表面的浸潤(rùn)和毛細(xì)作用15-16
• 1.3.2 液滴在平行纖維間的浸潤(rùn)和毛細(xì)作用16-17
• 1.3.3 液滴在交叉纖維間的浸潤(rùn)和毛細(xì)作用17-18
• 1.4 毛細(xì)驅(qū)動(dòng)下的納米材料自組裝18-22
• 1.4.1 納米材料在透明導(dǎo)電薄膜中的毛細(xì)自組裝18-19
• 1.4.2 納米陣列中的毛細(xì)自組裝19-20
• 1.4.3 納米材料在紡織品毛細(xì)浸潤(rùn)與自組裝20-22
• 1.5 課題的提出與研究目的22-24
• 第二章 銀納米線、碳納米材料在紗線上的自組裝及其性能24-33
• 2.1 引言24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分24-26
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料24
• 2.2.2 DWNT的氧化24-25
• 2.2.3 Ag NWs的合成25
• 2.2.4 Ag NWs導(dǎo)電紗線制備25-26
• 2.2.5 GO的制備與RGO-Nylon紗線的制備26
• 2.2.6 材料的表征26
• 2.3 結(jié)果與討論26-28
• 2.3.1 DWNT的分散性26-27
• 2.3.2 DWNT的Raman和IR分析與表征27-28
• 2.4 Ag NWs在Nylon紗線中的毛細(xì)現(xiàn)象28-30
• 2.4.1 Ag NWs導(dǎo)電紗線的制備與表征28-29
• 2.4.2 Ag NWs-Nylon與RGO-Ag NWs-Nylon導(dǎo)電紗線SEM圖29-30
• 2.5 Ag NWs導(dǎo)電紗線的性能30-31
• 2.6 DWNT導(dǎo)電紗線的制備與性能31-32
• 2.7 本章小結(jié)32-33
• 第三章 導(dǎo)電納米材料在光滑金屬絲表面的毛細(xì)自組裝和線型超級(jí)電容器的研究33-46
• 3.1 引言33
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分33-35
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料33-34
• 3.2.2 GO在金屬纖維表面自組裝34
• 3.2.3 RGO-Ni電極的制備34
• 3.2.4 PVA/LiCl固態(tài)電解質(zhì)的制備34
• 3.2.5 固態(tài)線型超級(jí)電容器的制備34
• 3.2.6 Ag NWs自組裝視頻34-35
• 3.2.7 試驗(yàn)中的儀器35
• 3.2.8 電化學(xué)測(cè)試35
• 3.3 結(jié)果與討論35-39
• 3.3.1 自組裝機(jī)理解釋35-36
• 3.3.2 自組裝樣品表面表征36
• 3.3.3 從表面自由能角度解釋毛細(xì)液橋斷裂36-38
• 3.3.4 毛細(xì)自組裝機(jī)理圖38
• 3.3.5 在光滑纖維表面自組裝AgNWs38-39
• 3.4 在金屬絲表面自組裝碳納米材料39-41
• 3.4.1 碳納米材料在鎳金屬絲表面自組裝SEM圖39-40
• 3.4.2 Raman和XPS40-41
• 3.5 電化學(xué)性能測(cè)試41-45
• 3.5.1 三電極電化學(xué)性能測(cè)試41-43
• 3.5.2 SWNT-Ni兩電極電化學(xué)性能測(cè)試43-44
• 3.5.3 SWNT-Ni穩(wěn)定性測(cè)試44-45
• 3.6 本章小結(jié)45-46
• 第四章 總結(jié)與展望46-47
• 參考文獻(xiàn)47-53
• 附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間撰寫的論文53-54
• 附錄2 碩士期間申請(qǐng)的專利54-55
• 致謝55

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