聚丙烯腈微-納米纖維的高效制備及性能研究.pdf

1、聚丙烯腈微/納米纖維由于其直徑較細(xì)，尺寸分布均勻，具有非常優(yōu)異的吸附、力學(xué)及導(dǎo)電性能，而在超級電容器、微型器件等方面被廣泛應(yīng)用。如何制備具有優(yōu)異性能的PAN微/納米纖維是制備碳微/納米纖維關(guān)鍵，因此PAN微/納米纖維一直都是研究工作者的研究熱點(diǎn)之一，同時如何高效制備PAN微/納米纖維成為規(guī)模化生產(chǎn)碳微/納米纖維的主要瓶頸。
　　對于如何增強(qiáng)PAN微/納米纖維性能可以從兩個角度來考慮，一是通過改變微/納米纖維本身，二是通過添加納米材

2、料來增強(qiáng)。碳納米管和石墨烯因?yàn)槠鋬?yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、吸附等性能已經(jīng)成為人們研究的熱點(diǎn)內(nèi)容之一，尤其是石墨烯的發(fā)現(xiàn)更是掀起了研究的高潮，由于碳納米管和石墨烯超高的穩(wěn)定性和表面惰性，使得其應(yīng)用得到很大限制，如何將碳納米管和石墨烯摻雜進(jìn)入微/納米纖維也被越來越多的研究人員關(guān)注。
　　為此本文采用傳統(tǒng)靜電紡絲裝置和自行搭建的離心-靜電紡絲裝置制備出聚丙烯腈(PAN)納米初生纖維，并在熱空氣浴中和一定外力作用下進(jìn)行牽伸，牽伸后使其伸長至原長的

3、1倍到3倍。通過廣角X射線衍射(WAXD)、掃描電子顯微鏡(SEM)等方法對兩種紡絲方法制備的PAN納米初生纖維及經(jīng)過熱空氣浴牽伸后的PAN微/納米纖維的晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向及形貌等進(jìn)行了表征。研究表明，離心-靜電紡絲效率遠(yuǎn)高于靜電紡絲，可達(dá)靜電紡絲120倍。無論是離心紡絲還是靜電紡絲制得的納米初生纖維結(jié)晶度均很低，但離心紡絲制得的納米初生纖維有一定的取向，而靜電紡絲基本沒有。經(jīng)過熱空氣浴牽伸后，兩種紡絲方式制得的微/納米纖維結(jié)晶度均有所提高

4、，取向度也有所提高，隨著牽伸溫度的提高和牽伸應(yīng)力的增大，纖維的平均直徑不斷減小。
　　為了進(jìn)一步對所制備微/納米纖維增強(qiáng)，本文通過過硫酸鉀法對碳納米管和石墨烯進(jìn)行處理，在其表面成功引入了羧基和羥基，同時經(jīng)過超聲和離心等物理方法，使得酸化石墨烯和酸化碳納米管通過π-π作用和范德華力有效結(jié)合在一起，成功制備石墨烯/碳納米管雜化材料。將石墨烯和碳納米管雜化材料通過離心-靜電紡絲的形式摻雜進(jìn)入微/納米纖維，無論是石墨烯、碳納米管還是雜化材