用于染料敏化太陽電池對(duì)電極的柔性碳納米纖維膜研究.pdf

1、碳納米纖維膜（CNFs）具有優(yōu)異的拉伸強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、導(dǎo)電性和催化活性，是近年來世界各國科研工作者的研究熱點(diǎn)。然而，較差的彎曲性能以及本身的脆性嚴(yán)重限制了其在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用。為改善這一缺陷，本文首先以聚丙烯腈（PAN）、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、堿式乙酸鋁（Al(OH)C4H6O4）為前驅(qū)體，采用靜電紡絲工藝制備了不同Al(OH)C4H6O4含量的復(fù)合納米纖維膜。其中，所用Al(OH)C4H6O4與PAN的質(zhì)量比分別為1.6:1、2

2、.4:1、3.2:1和4.0:1。研究了不同Al(OH)C4H6O4含量的復(fù)合納米纖維的形貌、直徑分布、化學(xué)成分，并根據(jù)熱重分析（TGA）的結(jié)果初步確定將700℃作為碳化溫度。
　　隨后，將PAN/PVP和PAN/PVP/Al(OH)C4H6O4進(jìn)行預(yù)氧化和碳化處理，分別得到CNFs和氧化鋁（Al2O3）/碳（C）復(fù)合納米纖維膜（ACNFs）。采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（FE-SEM）、透射電鏡（TEM）、X射線衍射儀（XRD）、傅里葉紅

3、外光譜儀（FT-IR）、多功能力學(xué)測(cè)試儀和四探針測(cè)試儀等表征方法進(jìn)行研究。結(jié)果表明，CNFs表面光滑且?guī)в形⒖?，斷裂?shí)驗(yàn)證明CNFs是脆性材料。ACNFs表面粗糙，可以清楚看到γ-Al2O3和CNFs的相分離， CNFs的表面存在有γ-Al2O3。隨著γ-Al2O3含量的增加，ACNFs的彎曲剛度和彎曲模量大幅降低，這表明其彎曲性能得以提升。提高CNFs可彎曲性能的主要原因是γ-Al2O3本身具有柔韌性。同時(shí)，γ-Al2O3含量的增加導(dǎo)

4、致了ACNFs導(dǎo)電性能下降。綜合力學(xué)、電學(xué)性能選取質(zhì)量比Al(O H)C4H6O4:PAN為2.4:1，此時(shí)復(fù)合碳納米纖維膜的彎曲剛度為65.42±0.67 mN·mm2，彎曲模量為10.90±0.11 MPa，電阻率為16.264Ω·cm。
　　在此基礎(chǔ)之上，研究了不同碳化溫度對(duì)于ACNFs力學(xué)和電學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示，ACNFs的平均直徑隨著碳化溫度的升高而降低，纖維直徑分布隨著碳化溫度的升高而趨于均勻。隨著碳化溫度的升高，

5、ACNFs的可彎曲性略微下降，但導(dǎo)電性有明顯提高。綜合力學(xué)、電學(xué)性能選取800℃作為碳化溫度，此時(shí)復(fù)合碳納米纖維膜的彎曲剛度為70.38±1.28 mN·mm2，彎曲模量為13.60±0.25 MPa，電阻率為12.104Ω·cm。
　　最后，選用質(zhì)量比Al(OH)C4H6O4:PAN為2.4:1，碳化溫度為800℃制備ACNFs，將其作為對(duì)電極組裝柔性染料敏化太陽電池（FDSSC），并對(duì)FDSSC的性能進(jìn)行表征。同時(shí)對(duì)FDSSC