检索结果-南通市图书馆

碳纳米纤维的气流纺丝制备方法与电磁屏蔽性能研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

碳纳米纤维的气流纺丝制备方法与电磁屏蔽性能研究

作者：崔柄元北京邮电大学

学位级别：硕士

自从人类进入信息化时代,科技的发展为人们带来了翻天覆地的变化。特别是在二十一世纪以来,人类构建起了全球通信系统,人造电磁辐射也随之大幅增加。电磁辐射逐渐发展成为了一种由普遍使用的电子通信造成的新型的污染,开始逐渐影响到了... 详细信息

自从人类进入信息化时代,科技的发展为人们带来了翻天覆地的变化。特别是在二十一世纪以来,人类构建起了全球通信系统,人造电磁辐射也随之大幅增加。电磁辐射逐渐发展成为了一种由普遍使用的电子通信造成的新型的污染,开始逐渐影响到了人们的正常生活。而随着人们对电磁屏蔽的需求逐渐增加,电磁屏蔽材料的应用环境也随之变得复杂了起来。目前人们迫切地需求具有优秀电磁屏蔽性能的柔性材料。碳纳米纤维由于其具有的导电性以及其优异的柔性与力学性能成为了这方面的一个绝佳的研究方向。气流纺丝技术作为一种新兴的可规模化制备多体系纳米纤维的方法,逐渐受到了相关研究人员的关注。这种技术所制备的材料所具备的独特性,使得这种新兴的纤维制作方法可以满足现如今许多方面的苛刻的需求,在许多应用领域都具有较大的实用价值。本研究对于使用气流纺丝技术制备的碳纳米纤维进行了研究,实现了聚丙烯腈纤维基于气流纺丝技术规模化制备,并在此基础上通过对纤维预氧化以及碳化工艺的研究,成功制备了具有良好的电磁屏蔽效果、优异的机械强度的聚丙烯腈基碳纳米纤维电磁屏蔽材料。并研究了不同退火温度下碳纳米纤维的电磁屏蔽效能。最后对于碳纳米纤维的电磁屏蔽性能的改良做出了尝试。具体内容如下:首先,了解了气流纺丝的原理以及气流纺丝设备的构成,并实现了利用气流纺丝技术制备聚丙烯腈纳米纤维以及将纳米纤维转化为碳纳米纤维的整体工艺流程。在退火过程中,通过改变退火温度,制备出有不同电磁屏蔽效能的碳纳米纤维,并就碳纳米纤维的电磁屏蔽效能以及碳纳米纤维的形态表征进行讨论。随后,对碳纳米纤维的电磁屏蔽效能的改善做出了讨论,提出了两个方法,其中一个为将导电涂料涂覆在碳纳米纤维的表面,使两者结合成为了一种新型电磁屏蔽材料,并测量了这种电磁屏蔽材料的性能,最终的测量结果表明,涂覆导电材料的方法可以有效地增强碳纳米纤维的电磁屏蔽效能,从而降低碳纳米纤维对退火温度的要求。第二个方法为利用PVB溶液将导电或导磁的材料附着在碳纳米纤维表面,从而尝试提高碳纳米纤维的电磁屏蔽性能,并最终确认,附着银纳米线对于碳纳米纤维的电磁屏蔽性能有着较好的提升。最后,对附着了银纳米线的碳纳米纤维的稳定性进行了相关的测试,测试了在高温情况下这种材料电磁屏蔽性能的衰减情况,确认了这种附着了银纳米线的碳纳米纤维在现实生活中的可应用性。

关键词：聚丙烯腈碳纳米纤维气流纺丝电磁屏蔽电磁屏蔽涂料

碳纳米纤维复合过渡金属硫/氮化物的电化学特性研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

碳纳米纤维复合过渡金属硫/氮化物的电化学特性研究

作者：邱粒仁贵州大学

学位级别：硕士

在能源枯竭和环境污染问题日益严重的今天,可再生能源、储能与转换技术引起了人们的广泛关注。超级电容器(supercapacitor,SC)拥有快速充电、超长的循环寿命,能够弥补传统电容器与电池/燃料电池之间的功率/能量差距。电极材料作为超级... 详细信息

在能源枯竭和环境污染问题日益严重的今天,可再生能源、储能与转换技术引起了人们的广泛关注。超级电容器(supercapacitor,SC)拥有快速充电、超长的循环寿命,能够弥补传统电容器与电池/燃料电池之间的功率/能量差距。电极材料作为超级电容器的重要组成部分,其结构设计和组分与电化学性能已密不可分,已经成为了近年的热门研究对象。而其中过渡金属硫/氮化物是一种很有前途的电极材料,其成本低、制备简单、环境友好、拥有较高的理论比电容和优异的电子导电性等优点被广泛研究。然而它们的低电导率和不可逆结构畸变阻碍了它们的倍率特性和循环稳定性。为了克服这一限制,过渡金属硫/氮化物和碳材料结合的复合材料,可以改善其电化学性能。碳材料增加复合物导电性,同时由于其高比表面积,为金属硫/氮化物的沉积提供了骨架,并且它具有良好的稳定性、倍率特性和功率密度。金属硫/氮化物比电容高,但倍率特性和循环特性较差。因此结合各自的优点,可以获得具有优异电化学性能的超级电容器。本论文成功合成了过渡金属硫/氮化物和碳纳米纤维的复合材料。所使用高比表面积的碳纳米纤维碳基底材料,不但增加了复合材料的导电性,并且提供了一维网络骨架让金属硫/氮化物在其表面均匀沉积,从而提升了过渡金属硫/氮化物的有效利用率。具体研究内容如下:(1)镍基硫化物/碳纳米纤维(Ni S/CNFs)复合材料的可控制备。首先,通过静电纺丝技术电纺制备出聚丙烯腈纳米纤维薄膜,然后通过高温煅烧将其碳化成结构更稳定的碳纳米纤维(carbon nanofibers,CNFs)。再采用一步水热法在CNFs表面生长了Ni S纳米片。其中,二乙醇胺充当螯合剂和溶剂,能够使Ni S纳米片均匀且密集地固定在高导电性CNFs骨架表面。制备得到的Ni S/CNFs复合材料具有高比容量、优异的倍率性能和优异的循环稳定性。与活性炭(activated carbon,AC)作为负极组装完成的混合超级电容器在750.8 W kg的功率密度下实现了22.35 W h kg的高能量密度,即使在7500 W kg的高功率密度下仍保持了12.69 W h kg的能量密度。此外在2 A g的电流密度下,循环1000次后该器件的比电容仍能保持91.14%。(2)金属氮化物FeN纳米纤维(FeN/CNFs)电极材料的设计合成。通过静电纺丝技术电纺Fe OOH的混合溶液制备得到Fe OOH@PAN的纤维膜,然后在氨气中高温煅烧将其碳化成结构更稳定并含有FeN纳米颗粒的一维骨架结构。导电性好的碳纳米纤维与高比电容的氮化铁纳米颗粒相结合,保证了混合超级电容器结构的稳定性和优异的电化学性能。当煅烧温度为650℃时,会出现明显的孔状结构,这增加了它的比表面积和电化学活性。然后以Ni S/CNFs正极、FeN/CNFs负极组装的混合超级电容器,在750 W kg的功率密度下实现了52.62W h kg的高能量密度。综上所述,本文提出了一种高性能过渡金属硫/氮化物和碳纳米纤维复合材料的合成策略,有效的弥补了过渡金属硫/氮化物倍率特性和循环特性较差的不足,也提高了碳纳米纤维复合材料的比容量,为高性能碳基复合材料的可控制备提供了新思路。

关键词：超级电容器静电纺丝碳纳米纤维过渡金属硫化物过渡金属氮化物

碳纳米纤维/硫正极的结构设计、改性及电化学性能研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

碳纳米纤维/硫正极的结构设计、改性及电化学性能研究

作者：严天保东华大学

学位级别：硕士

硫由于储量丰富、无毒无害、高理论比容量(1675 mAh·g)和高能量密度(2500 Wh·kg)等优点,在二次电池电极材料中具有巨大的发展潜力。然而,仍有诸多问题限制了硫的实际应用:1、硫单质本身是绝缘体;2、在充放电过程中,硫会发生密度变化... 详细信息

硫由于储量丰富、无毒无害、高理论比容量(1675 mAh·g)和高能量密度(2500 Wh·kg)等优点,在二次电池电极材料中具有巨大的发展潜力。然而,仍有诸多问题限制了硫的实际应用:1、硫单质本身是绝缘体;2、在充放电过程中,硫会发生密度变化引起体积膨胀和活性物质脱落;3、多硫化锂易溶于电解液而引发“穿梭效应”;4、硫为粉末状,在制作电极时需要额外的导电剂和粘结剂。针对以上问题,本文使用高导电性碳纳米纤维作为自支撑载硫基体,并通过结构设计、过渡金属氧化物修饰、杂元素掺杂等手段来缓解上述问题,从而提高碳纳米纤维/硫电极的循环稳定性和电化学性能。具体内容主要包括以下几个方面:(1)设计制备了四种不同结构的碳纳米纤维:多孔碳纳米纤维(PCNFs)、皮芯结构-多孔碳纳米纤维:(a)皮层无孔芯部多孔碳纳米纤维(TW-PCNFs)、(b)皮层多孔芯部无孔碳纳米纤维(PCNFs-SC)、中空多孔碳纳米纤维(HPCNFs),研究了碳纳米纤维结构对电极电化学性能的影响。由于具有较大的比表面积,HPCNFs能增加电解液的浸润性,缩短电子传输路径,从而提高材料的导电性;而较大的孔容积有利于缓解硫的体积膨胀,提升循环性能。在0.1 A·g电流密度下,活化后的HPCNFs/S电极,放电比容量为806 mAh·g,经过150次循环后,有49%的容量保留率。在此基础上,研究了载硫量对HPCNFs/S电极电化学性能的影响。结果显示,载硫过多会使硫团聚,降低材料导电性;载硫过少,则活性物质不能提供足够的容量。当HPCNFs与硫的质量比为1:1时进行载硫,HPCNFs/S-1电极的比容量最高,且循环性能最好。0.1 A·g电流密度下拥有872 mAh·g的比容量,150圈循环过后,保留了54%的容量。(2)为了提高材料的循环性能,对HPCNFs进行过渡金属氧化物修饰,通过在纺丝前体溶液中添加纳米TiO、Mn O颗粒,然后高温条件还原为TiO和Mn O,得到XO(X=Ti,Mn)修饰的TiO-HPCNFs和Mn O-HPCNFs复合材料,XO(X=Ti,Mn)能够与多硫化物发生明显的极性作用,提高对多硫化物的吸附性限制其穿梭效应。载硫后,以TiO-HPCNFs/S为正极的锂硫电池,在0.1 A·g电流密度下,初始容量为900 mAh·g,循环150圈后,容量保留率为64%;相较于无TiO修饰的HPCNFs/S电极(150圈后保持率为54%)循环性能得到显著提升。(3)为了提高(2)中TiO-HPCNFs的导电性及电化学性能,以硼酸作为硼源、红磷作为磷源,分别通过同轴静电纺丝和化学气相沉积两种方法制备了硼掺杂的B@TiO-HPCNFs,磷掺杂的P@TiO-HPCNFs以及硼、磷共掺杂的BP@TiO-HPCNFs碳纳米纤维材料。由于硼掺杂能够使得碳的费米能级像导电带移动,同时和PAN基碳纤维中的氮掺杂形成协同作用,增强碳材料的导电性和多硫化物吸附性。最终,B@TiO-HPCNFs/S电极,在0.1 A·g电流密度下,初始容量为1070 mAh·g,循环150圈后,容量保持在761 mAh·g,容量保持率为71%,展现出最佳的电化学性能。

关键词：锂硫电池碳纳米纤维金属氧化物掺杂改性

硫化镍复合碳纳米纤维的制备及其电催化析氢性能

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

现代纺织技术 2022年第3期30卷 81-88,128页

作者：韦悦王晟纪律律浙江理工大学材料科学与工程学院杭州310018

为提高硫化镍材料的电催化析氢性能,采用静电纺丝、碳化和硫化相结合的方法,制备了NiS纳米颗粒负载于碳纳米纤维的复合材料(NiS@CNFs),并利用多种表征技术分析该复合材料的组成和结构。研究发现:当硫化反应温度为700℃时,所制备的NiS@C... 详细信息

为提高硫化镍材料的电催化析氢性能,采用静电纺丝、碳化和硫化相结合的方法,制备了NiS纳米颗粒负载于碳纳米纤维的复合材料(NiS@CNFs),并利用多种表征技术分析该复合材料的组成和结构。研究发现:当硫化反应温度为700℃时,所制备的NiS@CNFs具有最佳的电催化析氢性能,产生10 mA/cm^(2)的催化电流密度仅需220 mV的过电势。结果表明NiS纳米颗粒与碳纳米纤维的协同效应有利于提高催化剂的电催化析氢性能。

关键词：静电纺丝硫化镍碳纳米纤维电催化析氢反应

碳纳米纤维增强炭石墨材料的微结构及力学、热学性能研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

碳纳米纤维增强炭石墨材料的微结构及力学、热学性能研究

作者：陈宜兴湖南大学

学位级别：硕士

炭石墨材料具有质轻、高强、高模量、高耐磨、自润滑性、导电导热性好、耐高温、耐腐蚀和抗热震性能良好等特点,被广泛应用于航空航天、交通运输、能源电力、化工等领域。但炭石墨材料在制备过程中由于粘结剂发生热解缩聚,粘结剂与骨料... 详细信息

炭石墨材料具有质轻、高强、高模量、高耐磨、自润滑性、导电导热性好、耐高温、耐腐蚀和抗热震性能良好等特点,被广泛应用于航空航天、交通运输、能源电力、化工等领域。但炭石墨材料在制备过程中由于粘结剂发生热解缩聚,粘结剂与骨料之间膨胀系数不匹配而导致难以同步收缩,因此极易造成材料内部萌生裂纹和孔隙缺陷,严重影响炭石墨材料的微观结构与宏观性能。目前,如何调控炭石墨材料的微观结构,抑制其结构缺陷的萌生和扩展,实现炭石墨材料结构功能一体化是该领域的研究热点和难点之一。针对炭石墨材料因先天缺陷而存在结构功能难一体化的问题,本文以碳纳米纤维为增强相,沥青基炭石墨材料为研究对象,以“液相混合工艺改善碳纳米纤维分散性-功能化表面改性改善相界面结合”为研究主线,采用氨基化接枝碳纳米纤维作为炭石墨材料微区的“桥联支架”,利用其自身携带的活性基团作为微区焦化基底,在骨料堆积间隙微区构筑“微区桥联”增强结构,并阐明该微区结构对炭石墨材料微结构和力、热学性能的影响及作用机制。主要研究结论如下:(1)采用液相混合工艺,制备区别于传统固相混捏工艺所得的碳纳米纤维增强炭石墨材料,探究制备工艺对炭石墨材料结构与性能的影响及碳纳米纤维在基体中的存在形式和分散影响。研究发现,液相混合工艺所采用的四氢呋喃溶剂可提高沥青的氧含量并丰富其烷基链结构,提高沥青的流动性。与传统固相混捏工艺相比,采用该工艺能使碳纳米纤维均匀分散在基体中,制备的碳纳米纤维增强炭石墨材料力学性能得到改善,抗折强度、抗压强度分别为22.32 MPa和37.64MPa。(2)采用表面改性法,对碳纳米纤维进行酸化和氨基化接枝表面处理,探究表面处理对碳纳米纤维微结构及在溶剂中的分散性能,并探究氨基化接枝碳纳米纤维对炭石墨材料微结构及力热学性能的影响。研究发现,表面改性可为碳纳米纤维表面引入大量官能团(羧基、氨基、烷基链等),表面官能团的存在可改善碳纳米纤维彼此之间及与溶剂之间的相互作用,阻碍碳纳米纤维因分子间作用而引发的团聚,氨基化接枝碳纳米纤维与基体亦有良好的界面结合。氨基化接枝碳纳米纤维的引入有效提高了炭石墨材料的结构致密化度和微区结构完整性。当氨基化接枝碳纳米纤维引入量为0.7 wt.%时,炭石墨材料的抗折强度、抗压强度和热导率分别是原材料的1.67倍、1.47倍、1.16倍左右。(3)基于不同方法所得的实验数据及分析结果,探究了氨基化碳纳米纤维对炭石墨材料微区增强结构的作用机制。研究表明,氨基化接枝碳纳米纤维依靠其表面携带的活性基团及自身优异的力学和热学性能,在骨料堆积间隙微区构筑“微区桥联”增强结构。微区增强结构的构筑有效改善了微区焙烧炭化质量,提高微区致密化度的同时减少了因收缩不一致而导致的孔隙和裂纹萌生,并依靠氨基化接枝碳纳米纤维自身优异的力学和热学性能及与炭石墨材料基体形成的良好界面结合,有效抑制了微裂纹的扩展,提高了炭石墨材料的微观、宏观力学性能和热学性能。

关键词：炭石墨材料液相混合碳纳米纤维表面改性微区增强

自支撑聚吡咙基碳纤维负极材料的制备及其电化学性能

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

纺织学报 2024年第6期45卷 23-31页

作者：徐振凯马鸣蔺多佳刘航张剑峰夏鑫新疆大学纺织与服装学院新疆乌鲁木齐830017

为探究聚吡咙基碳纤维作为自支撑负极材料的电化学性能,将聚羧酸铵盐(PCAAS)和不同质量分数的聚氧乙烯(PEO)混合溶液通过静电纺丝技术制备成前驱体纳米纤维,在500℃下亚胺化、环化形成聚吡咙(BBB)纤维,800℃下炭化形成聚吡咙基碳纤维(BC... 详细信息

为探究聚吡咙基碳纤维作为自支撑负极材料的电化学性能,将聚羧酸铵盐(PCAAS)和不同质量分数的聚氧乙烯(PEO)混合溶液通过静电纺丝技术制备成前驱体纳米纤维,在500℃下亚胺化、环化形成聚吡咙(BBB)纤维,800℃下炭化形成聚吡咙基碳纤维(BCF),将BCF作为负极材料装配成锂离子电池,探究不同质量分数PEO对BCF形貌结构和电化学性能的影响。结果表明:当PEO质量分数为6%时,前驱体纳米纤维表面光滑且直径均匀,炭化后的BCF直径减小了24.2%;聚吡咙作为芳杂环聚合物有密集的碳链,经炭化后含碳量高达97.5%;且咪唑和+吡咯的残留N导致较多无序碳的产生,N上的孤对电子作为载体促进电子迁移,并为Li提供了更多活性位点;在恒流充放电循环中,50 mA/g的电流密度下循环100圈后仍具有422.3 mA·h/g的放电比容量。

关键词：静电纺丝聚吡咙碳纳米纤维柔性自支撑电化学性能负极材料

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

自支撑碳纳米纤维的宏量制备及其储钠性能

天津工业大学学报 2022年第6期41卷 23-28页

作者：张志佳李传齐天津工业大学材料科学与工程学院天津300387

为大批量制备高储钠性能的电极材料,以乙炔为碳源气体,采用连续化学气相沉积(CVD)法原位催化生长碳纳米纤维材料,制备出自支撑式电极材料。通过扫描电子显微镜(SEM)和拉曼测试(Raman)表征分析样品的微观结构、形貌及结晶性,并对其钠离... 详细信息

为大批量制备高储钠性能的电极材料,以乙炔为碳源气体,采用连续化学气相沉积(CVD)法原位催化生长碳纳米纤维材料,制备出自支撑式电极材料。通过扫描电子显微镜(SEM)和拉曼测试(Raman)表征分析样品的微观结构、形貌及结晶性,并对其钠离子存储电化学性能进行测试分析。结果表明:通过多温区连续大批量原位催化生长,制备出多尺寸三维结构碳纳米纤维(3D CNFs),结构的变化导致碳纳米纤维暴露出丰富的空位缺陷,这为钠离子提供了大量的吸附活性位点;三维立体的结构不仅使得电解液可以快速浸润活性材料,而且有效地增强了结构的稳定性;3D CNFs作为钠离子电池负极材料,在电流密度为0.1 A/g的条件下比容量高达150 mA·h/g,且在循环50圈之后没有明显的容量衰减,表现出优异的储钠性能和循环稳定性。

关键词：自支撑三维结构碳纳米纤维钠离子电池负极材料储钠性能宏量制备

碳纳米纤维/高密度聚乙烯复合材料结晶行为和介电性能的研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

材料工程 2013年第4期41卷 17-22页

作者：孙莉莉钟艳莉北京航空材料研究院北京100095

利用新型纳米材料———碳纳米纤维(CNF)对高密度聚乙烯(HDPE)进行改性,采用转矩流变仪熔融共混和模压两步法制备1%～20%(质量分数,下同)CNF/HDPE复合材料。研究了CNF的分散特性及其对HDPE材料结晶行为和介电性能的影响。结果表明:CNF... 详细信息

利用新型纳米材料———碳纳米纤维(CNF)对高密度聚乙烯(HDPE)进行改性,采用转矩流变仪熔融共混和模压两步法制备1%～20%(质量分数,下同)CNF/HDPE复合材料。研究了CNF的分散特性及其对HDPE材料结晶行为和介电性能的影响。结果表明:CNF可良好分散于HDPE基体中,同时CNF会导致HDPE的结晶度和晶粒尺寸发生变化,并促进HDPE沿(110)晶面取向生长;另一方面,复合材料的介电常数随CNF含量增加而大幅度提高,当CNF含量为20%时,复合材料在103 Hz下的介电常数达到580,比HDPE提高～150倍;同时由于CNF的存在,与介电常数不随频率变化的HDPE不同,复合材料的介电常数表现出强烈频率依赖性。CNF对复合材料的AC导电率也有显著影响,当CNF含量达到10%以上时,AC导电率表现出明显的直流特性。

关键词：碳纳米纤维高密度聚乙烯结晶行为介电性能

NiS/多孔碳纤维复合电极的制备及其储锂性能

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

功能材料 2024年

作者：王金凯王征宇张佳乐刘智孟晓曼王争东王红康西安交通大学电气工程学院西安建筑科技大学机电工程学院

制备长循环稳定、高容量的负极材料是锂离子电池实现大规模储能应用的前提之一。利用静电纺丝技术和水热硫化的方法制备了均匀分布的NiS2/碳纳米纤维(NiS2/C)复合材料。作为锂离子电池负极材料,NiS2/C电极的首次放电比容量为864.6mAh/g... 详细信息

制备长循环稳定、高容量的负极材料是锂离子电池实现大规模储能应用的前提之一。利用静电纺丝技术和水热硫化的方法制备了均匀分布的NiS2/碳纳米纤维(NiS2/C)复合材料。作为锂离子电池负极材料,NiS2/C电极的首次放电比容量为864.6mAh/g,首次库仑效率为62.7%。其中不可逆容量为322.9mAh/解质(g,不可逆容量主要由转换反应的部分不可逆及固态电SEI)膜的形成造成的。NiS2/C复合电极表现出优异的循环稳定性,200mA/g下150次循环后容量仍然维持在519mAh/现出出色的g,容量保持率高达90.4%。此外,在2A/倍率性能。借助g大电流密度下,NiS2/C电极的容量仍高于310mAh/g表XRD、SEM及TEM表征,分析发现包裹着Ni,S2纳米颗粒的碳纤维,作为良好的导电介质,既可以提高NiS2的导电性,也可缓解NiS2脱嵌过程中的体积膨胀使得NiS2/C电极仍能保持自身的空间结构,有助于提高电池循环性能;另一方面,碳纤维的多孔结构为锂离子提供了通道,缩短了锂离子的传输路径,提高了锂离子输运速率,有利于电池倍率性能。

关键词：碳纳米纤维 NiS 静电纺丝锂离子电池负极电化学性能