碳納米材料-聚苯胺-EVOH納米纖維復(fù)合膜的制備及性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，“便攜式”、“可穿戴”電子設(shè)備愈發(fā)被需求，而柔性電極材料則是關(guān)鍵。碳納米管（CNTs）、石墨烯（GR）和聚苯胺（PANI）由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，均為優(yōu)異的電極活性材料。碳納米材料與PANI的復(fù)合電極有良好的電化學(xué)性能，但柔韌性和力學(xué)強(qiáng)度不足，無法滿足柔性超級(jí)電容器的使用要求。乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）作為常見的熱塑性高聚物材料，其納米纖維具有比表面積大、長徑比高、孔徑小、柔性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，是頗具潛力的柔性基體

2、材料。因此為探究制備柔性電極材料，本文擬在碳納米材料/聚苯胺體系中引入熱塑性EVOH納米纖維來制備碳納米材料/聚苯胺/EVOH納米纖維復(fù)合膜，利用掃描電子顯微鏡、拉曼光譜儀、廣角X射線衍射、熱重分析、力學(xué)性能和電化學(xué)性能等測試方法對(duì)復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征。主要工作和研究結(jié)果如下：
　?。?）利用苯胺的原位氧化聚合制備 CNTs/PANI/EVOH（CPE）納米纖維復(fù)合膜。研究結(jié)果表明，復(fù)合膜中雖然存在少量PANI的游離聚合現(xiàn)象

3、，但多數(shù)是在納米纖維表面吸附生長、排列有序，有一定的熱穩(wěn)定性、力學(xué)強(qiáng)度和柔韌性；隨著納米纖維含量增加，復(fù)合膜的比表面積和平均孔徑先增大后減小，而導(dǎo)電性呈下降趨勢(shì)，能完整成膜條件時(shí)，CPE20％復(fù)合膜的電導(dǎo)率最高，為3.0 S/cm。
　　（2）利用苯胺的原位氧化聚合制備 RGO/PANI/EVOH（RPE）納米纖維復(fù)合膜。研究結(jié)果表明，反應(yīng)過程中氧化石墨烯（GO）表面的含氧官能團(tuán)使 PANI更容易吸附于石墨烯聚合形成短纖維；與CP

4、E復(fù)合膜相比，RPE復(fù)合膜的比表面積和力學(xué)性能均有所提升；RPE15%復(fù)合膜的電導(dǎo)率和質(zhì)量比電容最高，可達(dá)2.3 S/cm和56.4 F/g，該復(fù)合膜可作為柔性電極材料。
　?。?）分別探討氧化劑和摻雜酸的種類及濃度對(duì)RPE15%復(fù)合膜導(dǎo)電性和電化學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)氧化劑的濃度和種類是影響復(fù)合膜導(dǎo)電性最重要的因素，4.0 mol/L鹽酸摻雜且不加氧化劑制備的復(fù)合膜電導(dǎo)率最高，可達(dá)13.0 S/cm；由于GO表面存在含氧官能團(tuán)，