本文關(guān)鍵詞：多元碳系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及其應(yīng)用

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【摘要】：碳納米管(CNT)、石墨烯(G)、碳納米纖維(CNF)由于其具有比表面積大、導(dǎo)電性好、性能穩(wěn)定、質(zhì)輕等諸多特點(diǎn),在科學(xué)研究和生產(chǎn)領(lǐng)域中都被廣泛地推廣與應(yīng)用,在國(guó)內(nèi)外的相關(guān)報(bào)道數(shù)以萬計(jì)。然而,單純地使用一種碳材已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的要求,因此研究者們將目光越來越多地聚集在多元碳系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中。而制備多元碳系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的方法有很多種,根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要,本文采用了靜電紡絲法和粉末冶金法。原因在于電化學(xué)超級(jí)電容器(ESC)的電極材料需要在導(dǎo)電性、比表面積、孔隙率等方面具有優(yōu)異的性能,而靜電紡絲法制備的納米纖維的直徑比傳統(tǒng)工藝制備的纖維的直徑要小1-3個(gè)數(shù)量級(jí),在比表面積、長(zhǎng)徑比、孔隙率、通透性等方面具有卓越的性能；受電弓滑板材料需要良好的導(dǎo)電性和耐磨性,而粉末冶金法在高溫高壓下壓制而成塊狀材料具有顯著的導(dǎo)電性、強(qiáng)度、耐磨性等性能。本文主要研究了采用靜電紡絲法和粉末冶金法制備的多元碳系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),及其在ESC和受電弓滑板材料中的應(yīng)用。采用掃描電鏡、光學(xué)顯微鏡等來表征其形貌;采用孔隙比表面儀對(duì)材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征；采用循環(huán)伏安、恒流充放電等來表征其電化學(xué)儲(chǔ)能性能；采用載流摩擦磨損測(cè)試來表征其磨損率、摩擦系數(shù)、電弧能量等。研究?jī)?nèi)容如下：1.通過靜電紡絲法得到聚丙烯腈/碳納米管纖維薄膜(PAN/CNTF),高溫氣體保護(hù)下碳化為碳納米纖維/碳納米管二元碳系導(dǎo)電薄膜(CNF/CNTF),利用化學(xué)氣相沉積法在預(yù)埋催化劑的CNF/CNTF上二次生長(zhǎng)碳納米管(CNT)得到碳納米纖維/碳納米管二元碳系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)(CNF/CNTN)。電化學(xué)儲(chǔ)能性能測(cè)試結(jié)果表明CNF/CNTF的比容量可達(dá)到94.3 F/g(有機(jī)電解液),CNF/CNTN的比容量可達(dá)到117.6F/g(有機(jī)電解液)。2.通過靜電紡絲法得到含催化劑的聚丙烯腈/氧化石墨烯纖維薄膜(PAN/GOF),利用化學(xué)氣相沉積法在高溫下還原氧化石墨烯(GO)、生長(zhǎng)CNT得到碳納米纖維／碳納米管/石墨烯三元碳系導(dǎo)電薄膜(CNF/CNT/GF);靜電紡絲得到聚丙烯腈/碳納米管纖維薄膜(PAN/CNTF),預(yù)氧化處理后浸漬GO溶液,高溫下還原GO得到碳納米纖維／碳納米管/石墨烯三元碳系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)(CNF/CNT/GN)。電化學(xué)儲(chǔ)能性能測(cè)試結(jié)果表明CNF/CNT/GF的比容量可達(dá)到114.0F/g(有機(jī)電解液),CNF/CNT/GN的比容量可達(dá)到138.4F/g(有機(jī)電解液)。3.通過粉末冶金法將石墨、CNT、Ti3SiC2與電解銅粉按照不同質(zhì)量比,球磨均勻后利用真空熱壓燒結(jié)爐在高溫高壓下制成的四元碳系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),應(yīng)用在受電弓滑板材料中。在石墨、CNT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí),受電弓滑板材料的整體摩擦磨損性能達(dá)到最佳。
【關(guān)鍵詞】：靜電紡絲 粉末冶金 碳納米纖維 碳納米管 石墨烯 電化學(xué)超級(jí)電容器 受電弓滑板材料
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ127.11;TM53
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-13
• 第1章 緒論13-23
• 1.1 靜電紡絲法和粉末冶金法簡(jiǎn)介13-14
• 1.1.1 靜電紡絲13-14
• 1.1.2 粉末冶金14
• 1.2 碳系材料14-18
• 1.2.1 碳納米管14-16
• 1.2.2 石墨烯16-17
• 1.2.3 碳納米纖維17-18
• 1.3 超級(jí)電容器18-19
• 1.3.1 雙電層電容18-19
• 1.3.2 法拉第準(zhǔn)電容19
• 1.4 受電弓滑板材料19-20
• 1.4.1 滑板材料的種類19-20
• 1.4.2 滑板材料的研究重點(diǎn)及發(fā)展方向20
• 1.5 本文的設(shè)計(jì)思路及主要內(nèi)容20-23
• 1.5.1 本文設(shè)計(jì)思路20-21
• 1.5.2 本文主要內(nèi)容21-23
• 第2章 實(shí)驗(yàn)部分23-27
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器23-24
• 2.2 超級(jí)電容器電極片的制備及組裝24-25
• 2.3 材料的表征及性能測(cè)試25-27
• 2.3.1 光學(xué)顯微鏡分析25
• 2.3.2 掃描電鏡分析25
• 2.3.3 布氏硬度測(cè)試25
• 2.3.4 電化學(xué)性能測(cè)試25
• 2.3.5 孔結(jié)構(gòu)分析25-26
• 2.3.6 高速弓網(wǎng)摩擦磨損測(cè)試26-27
• 第3章 二元碳系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的制備及其應(yīng)用27-37
• 3.1 引言27
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分27-28
• 3.2.1 二元碳系導(dǎo)電薄膜CNF/CNTF的制備27-28
• 3.2.2 二元碳系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)CNF/CNTN的制備28
• 3.2.3 材料的形貌表征及性能測(cè)試28
• 3.3 結(jié)果與討論28-35
• 3.3.1 材料的形貌分析28-30
• 3.3.2 材料的孔結(jié)構(gòu)分析30-32
• 3.3.3 電化學(xué)性能測(cè)試分析32-35
• 3.4 本章小結(jié)35-37
• 第4章 三元碳系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的制備及其應(yīng)用37-47
• 4.1 引言37
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分37-39
• 4.2.1 氧化石墨烯和石墨烯的制備37-38
• 4.2.2 三元碳系導(dǎo)電薄膜CNF/CNT/GF的制備38
• 4.2.3 三元碳系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)CNF/CNT/GN的制備38-39
• 4.2.4 材料的形貌表征及性能測(cè)試39
• 4.3 結(jié)果與討論39-45
• 4.3.1 材料的形貌分析39-41
• 4.3.2 材料的孔結(jié)構(gòu)分析41-42
• 4.3.3 材料的電化學(xué)性能分析42-45
• 4.4 本章小結(jié)45-47
• 第5章 四元碳系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的制備及其應(yīng)用47-62
• 5.1 前言47-48
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分48-50
• 5.2.1 滑板材料的制備48-50
• 5.2.2 材料的形貌結(jié)構(gòu)及性能分析50
• 5.3 結(jié)果與討論50-61
• 5.3.1 材料的形貌分析50-52
• 5.3.2 材料的物理性能分析52-55
• 5.3.3 材料的載流摩擦磨損性能分析55-61
• 5.4 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-63
• 致謝63-64
• 參考文獻(xiàn)64-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果72

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：947332