聚丙烯腈基取向碳納米纖維的制備及其電學性能的研究.pdf

1、本文以聚丙烯腈（PAN）和N,N—二甲基甲酰胺(DMF)為前驅體，采用靜電紡絲的方法制備PAN納米纖維膜，并通過預氧化、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電性能差異，探索碳納米纖維膜的導電機理并建立相關模型。由于在現(xiàn)有工藝參數(shù)的基礎上制備的碳納米纖維膜中纖維扭曲、熔融比較嚴重，為了制備成型性好，電學性能優(yōu)良的碳納米纖維膜，分別

2、對預氧化工藝參數(shù)和炭化工藝參數(shù)進行了研究，在實驗基礎上得出了最佳預氧化工藝參數(shù)及炭化工藝參數(shù)。為碳納米纖維材料的制備提供實驗基礎。
　　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行測試與表征。結果表明：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，當溶液濃度為12%時其電阻率最小。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性能。
　　采用旋轉滾筒制備取向納米纖維膜，其中滾筒的旋轉速度分別設為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行測試分析，并且與雜亂碳納米纖維膜的電學性能進行比較，分析碳納米纖維膜的導電機理并建立相關導電模型。結果表明：（1）當滾筒轉速達到2500rpm時，取向碳納米纖維內(nèi)部形成明顯晶格結構。說明提高滾筒轉速可以提高取向碳納米纖維的結晶度。（2）提高滾筒轉速在一定程度上有利于提高碳納米纖維膜的導電性，但是滾筒轉速過大會降低取

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