三維多孔碳納米管海綿復(fù)合材料的可控制備和性能研究.pdf

1、碳納米管海綿是一種由多壁碳納米管無(wú)序堆積而成的三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在能源和環(huán)境領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。為了推動(dòng)碳納米管海綿的實(shí)際應(yīng)用，需要進(jìn)一步改善它的力學(xué)和電學(xué)等相關(guān)性能，尤其是在形變過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和彈性回復(fù)能力。此外，在碳納米管海綿內(nèi)部可控的引入活性材料是制備高性能功能器件的有效途徑。本論文研究了基于碳納米管海綿的復(fù)合多孔材料的可控制備、力學(xué)性能和電容性能，探索了在能源器件領(lǐng)域的應(yīng)用。通過(guò)在海綿內(nèi)部均勻負(fù)載非晶碳和導(dǎo)電聚合物制備了結(jié)

2、構(gòu)可控的復(fù)合多孔材料，分別提高了海綿的力學(xué)性能和電化學(xué)性能。
　　本研究制備了碳納米管/非晶碳復(fù)合多孔材料并研究了力學(xué)性能。采用化學(xué)氣相沉積法，乙炔為碳源，在海綿內(nèi)部直接沉積非晶碳，獲得了非晶碳均勻包覆的碳納米管核殼結(jié)構(gòu)。通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)時(shí)間等參數(shù)調(diào)控了包覆層的厚度，并且碳納米管之間的搭接點(diǎn)被有效焊接，形成了具有穩(wěn)定三維框架的塊體結(jié)構(gòu)。力學(xué)測(cè)試表明，引入非晶碳使碳納米管海綿的壓縮彈性模量和壓縮強(qiáng)度分別提高了40和60倍，在10％到50

3、%的壓縮應(yīng)變下可彈性回復(fù)，循環(huán)壓縮1000次后不產(chǎn)生塑性變形。分析了有關(guān)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)碳納米管的包覆及焊接能夠保持材料在壓縮過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而獲得超彈性。制備了碳納米管/聚苯胺復(fù)合多孔材料并研究了電化學(xué)性能。采用電化學(xué)沉積法，苯胺單體為原料，在碳納米管海綿內(nèi)部聚合成聚苯胺，獲得了聚苯胺均勻包覆的碳納米管核殼結(jié)構(gòu)，并且聚苯胺的厚度可調(diào)，碳納米管之間的搭接點(diǎn)也被焊接。采用三電極法測(cè)試了復(fù)合海綿的電化學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)引入聚苯胺使質(zhì)量比電容從約3