碳纳米纤维表面改性及碳纳米纤维纸性能研究

来源 :云南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:candyyao007
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碳纳米纤维的尺寸介于碳纳米管与碳纤维之间,具有与碳纳米管相似的电学和力学等性能,并且价格便宜,是一种高性能的碳材料。利用碳纳米纤维制备成的纤维材料,既具有柔韧性又有很强的力学性能。将碳纳米纤维掺入橡胶材料或者其他有机材料,可以改变复合材料的性质比如抗疲劳,导电性等。除此之外,碳纳米纤维的另外一种应用就是把它制备成一种宏观可操控的纸张形式,然后将其应用于微波吸波,锂电池电极等。  把只有几十微米长度的碳纳米纤维制备成纸张是极具有挑战意义的。如果用传统的纸张制备技术,可能会有50%以上的碳纳米纤维不能被有效的利用。因此在实验室通常的制备方法是经过长时间的酸处理,分散絮凝,通过一次性的微孔过滤膜过滤,烘干制备成小尺寸的纸张形式。  本论文讨论的重点在于深入了解碳纳米纤维纸制备过程中表面改性对碳纳米纤维性质的影响,并研究了不同制备工艺的碳纳米纤维纸张性能。论文首先研究了表面改性酸处理时间(HNO3∶H2SO4=1∶3)对碳纳米纤维的影响,通过利用傅立叶红外光谱仪测试混合酸处理后碳纳米纤维表面官能团的变化,再利用SEM和粒度分析仪分析酸处理对碳纳米纤维长度的影响。同时,比较了用Fenton试剂法与混合酸处理法对碳纳米纤维的影响。最后将碳纳米纤维制备成纸张,研究其性质。  本论文研究发现在碳纳米纤维制备过程中,长时间的酸处理易使碳纳米纤维产生短切现象。经过8小时的酸处理后,超声15分钟,碳纳米纤维的长度有89%都处于1~5微米,而没有酸处理的只有20%左右。Fenton试剂对碳纳米纤维的长度影响较小,并且得到的纸张其力学性质优良,是较好的表面改性方法之一。另外,将碳纳米纤维制备成纸张后,测试其纸张断裂的强度,其值在0.6~1.2 N附近,电阻率在3.45×10-3~4.31×10-2Ω.m。由于纸张的力学和电学性质除了与表面改性,分散有关,还与制作过程中的碾压烘干等工艺相关。因此为了进一步提高纸张的力学和导电性还需要进一步的研究。
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