聚丙烯腈基取向碳納米纖維的制備及其電學(xué)性能的研究.pdf

1、本文以聚丙烯腈（PAN）和N,N—二甲基甲酰胺(DMF)為前驅(qū)體，采用靜電紡絲的方法制備PAN納米纖維膜，并通過預(yù)氧化、炭化制備碳納米纖維膜。測量碳納米纖維膜的電阻率，研究靜電紡絲溶液濃度以及接收滾筒轉(zhuǎn)速對碳納米纖維膜電阻率的影響，通過比較雜亂、取向碳納米纖維膜的導(dǎo)電性能差異，探索碳納米纖維膜的導(dǎo)電機(jī)理并建立相關(guān)模型。由于在現(xiàn)有工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上制備的碳納米纖維膜中纖維扭曲、熔融比較嚴(yán)重，為了制備成型性好，電學(xué)性能優(yōu)良的碳納米纖維膜，分別

2、對預(yù)氧化工藝參數(shù)和炭化工藝參數(shù)進(jìn)行了研究，在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上得出了最佳預(yù)氧化工藝參數(shù)及炭化工藝參數(shù)。為碳納米纖維材料的制備提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　采用平板接收裝置制備不同濃度的PAN雜亂納米纖維膜。以PAN和DMF為原料配備濃度分別為8％、10%、12%和14%的混合溶液，然后進(jìn)行靜電紡絲。紡絲參數(shù)為：高壓電源12kv，噴絲頭和接收板距離12cm，紡絲速率為0.01ml/min。預(yù)氧化工藝參數(shù)為270℃，1h，炭化工藝參數(shù)為800℃，1h。

3、利用FE-SEM、XRD、四探針等對納米纖維膜進(jìn)行測試與表征。結(jié)果表明：隨著溶液濃度的增加，雜亂碳納米纖維膜的電阻率先減小后增大，當(dāng)溶液濃度為12%時(shí)其電阻率最小。說明增加溶液的濃度在一定范圍內(nèi)可以提高雜亂碳納米纖維膜的電學(xué)性能。
　　采用旋轉(zhuǎn)滾筒制備取向納米纖維膜，其中滾筒的旋轉(zhuǎn)速度分別設(shè)為800rpm，1000rpm，1500rpm，2000rpm，2500rpm的取向納米纖維膜，溶液濃度為10%，其他紡絲參數(shù)不變。預(yù)氧化及炭

4、化工藝參數(shù)仍為：270℃，1h，800℃，1h。利用FE-SEM、TEM、XRD、四探針對不同取向程度的取向碳納米纖維膜進(jìn)行測試分析，并且與雜亂碳納米纖維膜的電學(xué)性能進(jìn)行比較，分析碳納米纖維膜的導(dǎo)電機(jī)理并建立相關(guān)導(dǎo)電模型。結(jié)果表明：（1）當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速達(dá)到2500rpm時(shí)，取向碳納米纖維內(nèi)部形成明顯晶格結(jié)構(gòu)。說明提高滾筒轉(zhuǎn)速可以提高取向碳納米纖維的結(jié)晶度。（2）提高滾筒轉(zhuǎn)速在一定程度上有利于提高碳納米纖維膜的導(dǎo)電性，但是滾筒轉(zhuǎn)速過大會(huì)降低取

5、向碳納米纖維膜的導(dǎo)電性。（3）取向碳納米纖維膜沿取向方向的導(dǎo)電性比垂直于取向方向的導(dǎo)電性好。（4）取向碳納米纖維膜的導(dǎo)電性優(yōu)于雜亂碳納米纖維膜的導(dǎo)電性。
　　利用正交試驗(yàn)的方法進(jìn)行預(yù)氧化實(shí)驗(yàn)，采用預(yù)氧化溫度、時(shí)間、升溫速率為正交因素。通過FE-SEM、FT-IR、XRD、單軸拉伸對不同預(yù)氧化條件下的納米纖維膜進(jìn)行測試分析。結(jié)合正交實(shí)驗(yàn)得出最佳預(yù)氧化條件：230℃，1h。采用旋轉(zhuǎn)滾筒轉(zhuǎn)速為2000rpm得到的納米纖維膜，在采用最佳預(yù)