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北京邮电大学学报 2022年第3期45卷 26-31,63页

作者：崔柄元温习吴宇峰雷鸣北京邮电大学理学院北京100876 中国人民解放军32381部队北京100072 南京理工大学机械工程学院南京210094

设计了一种气流纺丝制备碳纳米纤维的工艺,以聚丙烯腈为原料纺制出纤维状前体,通过预氧化和高温退火,成功制备了碳纳米纤维。调整退火温度,制备了多种不同退火温度的碳纳米纤维。利用扫描电子显微镜等表征方法明确了几种碳纳米纤维的微... 详细信息

设计了一种气流纺丝制备碳纳米纤维的工艺,以聚丙烯腈为原料纺制出纤维状前体,通过预氧化和高温退火,成功制备了碳纳米纤维。调整退火温度,制备了多种不同退火温度的碳纳米纤维。利用扫描电子显微镜等表征方法明确了几种碳纳米纤维的微观结构和特性,讨论了几种纤维的化学成分、连续度和石墨化程度等方面与电磁屏蔽效能的内在关联。经测量得出结论,当退火温度达到800℃时,碳纳米纤维具备约10 dB的电磁屏蔽效能,能够实现电磁屏蔽效果。总的说来,气流纺丝制备碳纳米纤维的技术工艺在电磁屏蔽领域具有应用潜力,宏观规模的生产是未来该技术领域发展的关键。

关键词：气流纺丝碳纳米纤维电磁屏蔽聚丙烯腈

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三维卷曲无机物/PAN杂化纳米纤维的制备及性能研究

三维卷曲无机物/PAN杂化纳米纤维的制备及性能研究

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作者：周逢宇天津工业大学

学位级别：硕士

聚丙烯腈（PAN）纳米纤维因其良好的化学稳定性、高的孔隙率、纤维直径小、比较面积大等特性而被众多研究者用于纺织、医学、水过滤以及吸附等领域。但其表面的疏水性和易受污染性使其应用领域受到了限制。通常无机氧化物的引入会将其... 详细信息

聚丙烯腈（PAN）纳米纤维因其良好的化学稳定性、高的孔隙率、纤维直径小、比较面积大等特性而被众多研究者用于纺织、医学、水过滤以及吸附等领域。但其表面的疏水性和易受污染性使其应用领域受到了限制。通常无机氧化物的引入会将其自身优异的特性与聚丙烯腈纳米纤维结合,形成具有特殊性能的聚丙烯腈基纳米复合纤维材料。本文通过超声波分散法将二氧化硅（Si02）和氧化锌（ZnO）纳米颗粒引入PAN溶液中,采用气流纺丝工艺制备出具有防水透气性的SiKVPAN杂化纳米纤维膜和具有优异抗菌性的ZnO/PAN杂化纳米纤维膜。首先通过调整气流纺丝工艺中PAN溶液的浓度,探索出了所纺纤维性能最优的纺丝液浓度,获得的纤维平均直径为182.6 nm。向PAN溶液中加入Si02并超声波分散后,采用气流纺丝法制得初生Si02/PAN杂化纳米纤维膜,气流纺丝工艺赋予纤维膜较高的孔隙率,孔隙率可达65.8%,通过在低温下预氧化,使Si02/PAN杂化纳米纤维膜堆积得更为紧密,且表面变得更加粗糙,结合纤维表面疏水性Si02纳米颗粒的存在和热处理的共同作用,使Si02/PAN杂化纳米纤维膜表面具有优异的疏水性,其水接触角最高可达144.8°,综合各方面性能表征说明,在7.0 gPAN和50 mLDMF体系中,当加入SiO2的含量为2.0 g时,Si02/PAN杂化纳米纤维膜的综合性能最佳,静水压为6.3 kPa,水汽渗透率为17.4 kg/m2/d,拉伸强度为4.9 MPa。ZnO纳米颗粒与PAN纳米纤维膜的杂化可以有效解决ZnO纳米颗粒的团簇作用,通过将ZnO纳米颗粒与PAN溶液的混合以及超声波分散,采用气流纺丝法制备ZnO/PAN杂化纳米纤维膜,实验数据表明,较少的ZnO含量即可赋予纤维膜优异的抗菌性能,对大肠杆菌的抑菌率可达99.9%,对金黄色葡萄球菌的抑菌率可到100%,且ZnO纳米颗粒会对PAN纳米纤维的晶型生长有促进作用,可以提高PAN纳米纤维的结晶度,有利于提高纤维膜的机械性能,最高可达2.8 MPa,由该方法制得的纤维膜也被证明具有良好的循环使用性和快速接触抗菌性。

关键词：气流纺丝 SiO2/PAN 防水透气 ZnO/PAN 抗菌

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锡基杂化碳纳米纤维的制备及其电化学性能研究

锡基杂化碳纳米纤维的制备及其电化学性能研究

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作者：韩姗天津工业大学

学位级别：硕士

传统的碳材料电极由于储存容量较小,越来越不能满足人们的需求。无机物杂化碳纳米纤维兼具有无机物和碳纳米纤维两种特性,受到研究学者们广泛关注。其中,金属锡单质和二氧化锡均具有电导率高、理论电容量大、化学性质稳定、耐酸碱性能... 详细信息

传统的碳材料电极由于储存容量较小,越来越不能满足人们的需求。无机物杂化碳纳米纤维兼具有无机物和碳纳米纤维两种特性,受到研究学者们广泛关注。其中,金属锡单质和二氧化锡均具有电导率高、理论电容量大、化学性质稳定、耐酸碱性能佳等优点。本论文将含锡化合物添加进纺丝液中,通过气流纺丝工艺制得直径为40 cm蓬松柔软的纳米纤维毡,随后在惰性气氛下经高温煅烧法制成锡基杂化碳纳米纤维。该纤维具有不可剥离的双层复合结构,其中上层为锡基纳米结构,下层为含有少量锡基纳米颗粒的杂化碳纤维。上层纳米结构随着保温时间的延长,依次可得到纳米颗粒、纳米线以及纳米柱。由于整个高温煅烧过程中并未额外添加金属催化剂或是通入还原性气氛,纳米线是通过自催化生长得到,遵循VLS生长机制。该纤维作为电极材料电容性能优异。当电流密度为0.5 Ag-1时,放电容量可达403.6 Fg-1;即使在10 A g-1的大电流密度下,放电容量仍保留162.5 F g-1。当扫描速率为10 mV s-1时,放电容量为358.9 Fg 1。保温3h的纤维电荷转移电阻仅为1.3 Ω;以1 A g-1的电流密度进行3000圈连续充放电,电容保持率为92.5%。锡基杂化碳纳米纤维上层纳米结构是通过锡源外溢形成的。虽然锡基纳米结构和底部杂化纤维间存在协同作用,但是锡源的外溢不可避免地对底部杂化纤维的结构造成破坏。而硅源的添加可有效解决锡源外溢以及在纤维内部团聚的问题。硅源只是起到了物理隔离的作用,锡源与硅源间并未发生化学反应。和锡基杂化碳纳米纤维相比,锡、硅混合基杂化碳纳米纤维的放电容量和循环稳定性均有所提高。当电流密度为0.5 A g-1时,放电容量可达419 Fg-1;即使在10 Ag-的大电流密度下,放电容量仍可保留198.6 Fg 1。以1 A g-1的电流密度进行3000圈连续充放电,电容保持率为95.1%。锡基及锡、硅混合基杂化碳纳米纤维电容性能优异,可实现在电容器电极材料领域的大规模应用,或将进一步拓展到锂离子电池、锂硫电池等其他储能器件的电极材料领域。

关键词：气流纺丝无机杂化碳纳米纤维 SnO2纳米线 SiO2颗粒电容性能

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碳化硅和氮化硅纳米纤维的制备及其性能研究

碳化硅和氮化硅纳米纤维的制备及其性能研究

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作者：陈洋天津工业大学

学位级别：硕士

SiC、Si3N4纳米纤维不仅具有材料本身的高强度、耐腐蚀性、耐高温、抗氧化等优异性能,同时结合了一维纳米材料独特的几何结构和特殊性能,因而在基础研究以及纳米器件、纳米复合材料、能源材料、生物医药等领域有着重要的应用前景。本文... 详细信息

SiC、Si3N4纳米纤维不仅具有材料本身的高强度、耐腐蚀性、耐高温、抗氧化等优异性能,同时结合了一维纳米材料独特的几何结构和特殊性能,因而在基础研究以及纳米器件、纳米复合材料、能源材料、生物医药等领域有着重要的应用前景。本文以SiO2及PAN作为原料,来制备SiC、Si3N4纳米纤维,并对产物的组成、结构、生长机理进行了详细的表征。借助气流纺丝法制备连续三维卷曲SiO2/PAN杂化纳米纤维,并进行预氧化处理。得到的预氧化SiO2/PAN杂化纳米纤维具有大的长径比、高比表面积、良好的分散性及稳定纤维结构等特点,为高温下Si基纳米纤维的生长提供足够的生长空间。预氧化SiO2/PAN杂化纳米纤维在Ar气氛下,经过700℃、1400℃高温碳化及碳热自组装得到以PAN基碳纳米纤维为支撑体的SiC/SiO2-C复合纳米纤维毡,其中碳纳米纤维提供了一个强有力的支撑作用。预氧化Si02/PAN杂化纳米纤维在N2气氛1400℃高温下,纤维中的Si02与碳化后的PAN基的碳在N2的氮化作用下得到大量白色Si3N4/SiO2核壳纳米纤维。通过研究表明,Ar条件下得到的SiC/SiO2纳米纤维直径在80-200 nm之间,长度可达几百微米。在1400℃下,随着反应时间的增加,SiC纳米纤维逐渐趋于取向化,结晶效果更佳,产量也随之增加。SiC/SiO2纳米纤维表现出高效的光催化降解能力,紫外光催化降解甲基橙溶液去除率达到92.7%,循环使用5次后降解能力仍在90%以上。碳纳米纤维不仅为其提供了高强度的支撑体,还解决了 SiC纳米纤维在溶液中易聚集及难回收的问题。在N2条件下得到的超长Si3N4/SiO2核壳纳米纤维直径在50-300 nm之间,长度可达到厘米级。Si3N4/SiO2纳米纤维表现出较强的蓝绿色发光性能,作为环氧树脂增强体,并表现出较好的力学性能。本文通过对Si基纳米纤维生长过程的研究,提出了固-液(VS)机制来解释SiC/SiO2、Si3N4/SiO2核壳纳米纤维的生长。

关键词：气流纺丝自组装 SiC/SiO2 Si3N4/SiO2 核壳纳米纤维 VS生长机制

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羧甲基纤维素模板法制备超轻、超弹、隔热陶瓷气凝胶

羧甲基纤维素模板法制备超轻、超弹、隔热陶瓷气凝胶

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2019第二届天然材料研究与应用研讨会

作者：李磊邵自强北京理工大学材料学院

超轻、超弹、隔热陶瓷气凝胶在避火服、航空航天等高端热防护领域有着巨大的应用潜力。本研究采用羧甲基纤维素为模板,利用溶胶-凝胶静气纺丝制备了杂化纤维,1000°C高温退火制备了平均直径为500 nm氧化铝纤维气凝胶。与传统的陶瓷气凝... 详细信息

超轻、超弹、隔热陶瓷气凝胶在避火服、航空航天等高端热防护领域有着巨大的应用潜力。本研究采用羧甲基纤维素为模板,利用溶胶-凝胶静气纺丝制备了杂化纤维,1000°C高温退火制备了平均直径为500 nm氧化铝纤维气凝胶。与传统的陶瓷气凝胶相比,该气凝胶密度低至5 mg cm-3,具有90%的可恢复形变,在10 000次压缩疲劳测试后,该纤维气凝胶展示几乎不可见的塑性形变。此外,该纤维气凝胶在液氮温度至1400°C宽温度区间内展示了稳定的超弹性能力,在高达1400°C的氧化气氛中保温36 h仍具有稳定的回弹能力和不可见的体积收缩率。这种高性能超级绝热材料加上简易可规模化的制备方法赋予该气凝胶在宇航热防护,高温空气过滤,高温催化等领域额巨大的应用前景。

关键词：羧甲基纤维素气流纺丝陶瓷气凝胶超弹性

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