静电纺丝法制备的多孔碳纳米纤维
静电纺丝法制备的多孔碳纳米纤维
作者简介:李 静(1985-),女,河南人,江南大学生态纺织教育部重点实验室硕士生,研究方向:纳米材料和锂离子电池材料;乔 辉(1982-),男,山东人,江南大学生态纺织教育部重点实验室副教授,博士,研究方向:新能源材料等,本文联系人;魏取福(1964-),男,安徽人,江南大学生态纺织教育部重点实验室教授,博士生导师,研究方向:功能纤维材料。
基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金(JU SRP11102),江苏省自然科学基金(BK2010140)静电纺丝法制备的多孔碳纳米纤维李 静,乔 辉,魏取福(江南大学纺织服装学院,生态纺织教育部重点实验室,江苏无锡 214122)摘要:用静电纺丝法制备了聚丙烯腈(PA N)/聚甲基丙烯酸甲酯(PM M A)复合纳米纤维,经预氧化、高温炭化,制备用作锂离子电池负极材料的碳纳米纤维(CN F)。
透射电子显微镜(T EM )和比表面积分析发现:制备的CN F 具有多孔结构,比表面积达到572 9m 2/g,平均孔径为33 6nm 。
以50mA/g 的电流在0 01~3 00V 循环,制备的多孔CN F 的首次放电比容量为333 3mA h/g,第20次循环的可逆比容量为231 8mA h/g,充放电效率近90%。
关键词:静电纺丝法; 碳纳米纤维(CN F); 多孔结构; 负极材料; 充放电性能中图分类号:T M 912 9 文献标识码:A 文章编号:1001-1579(2011)03-0132-03Porous carbon nanofibers prepared by electrospinning techniqueLI Jing,QIAO Hui,WEI Qu fu(Key Labor atory of Eco T ex tiles of M inistry of Education ,College of T ex tiles&Clothing,J iangnan University ,Wux i,Jiangsu 214122,China)Abstract:Polyacr ylonitrile (PAN)/poly(methyl methacry late)(PM M A)co mposite nanofibers w er e prepared by electrospinningtechnique,then porous carbon nanofibers (CNF )as anode material for L i ion batter y were obtained by pr e ox idation and high tem perature carbonat ion T he analyses of transmission electron microscopy (T EM )and specific surface area showed that the as pre pared CNF had por ous structure,the specific sur face area was 572 9m 2/g,t he mean pore size was 33 6nm When cycled in 0 01~3 00V with the curr ent of 50mA /g,the initial specific discharg e capacity of the as pr epar ed porous CN F w as 333 3mAh/g,the r ev ersible specific capacity was 231 8mAh/g at t he 20th cycle,the charge discharge efficiency w as near 90%Key words:electrospinning ; carbon nanofibers (CNF ); porous structure; anode material; charge discharge performance锂离子电池所用的碳负极材料,主要为石墨类材料和低温热解碳。
静电纺丝法制备碳纳米纤维及其应用_岳孟斌
2014年5月May 2014化学工业与工程CHEMICALINDUSTＲY ANDENGINEEＲING第31卷Vol．31第3期No．3收稿日期：2014－03－30基金项目：中日国际合作项目（2011DFA50430）。
作者简介：岳孟斌（1989－），男，硕士，研究方向为电纺纤维的制备及用于水中污染物处理。
通信作者：黄正宏，E-mail ：zhhhuang@tsinghua．edu．cn 。
doi ：10．13353/j．issn．1004．9533．2014．03．002静电纺丝法制备碳纳米纤维及其应用岳孟斌1，陈颖芝2，白宇2，黄正宏2*，许德平1，康飞宇2（1.中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京100083；2.清华大学材料学院，北京100084）摘要：碳纳米纤维由于因其比表面积大、导电和导热性好，被广泛用于催化剂载体、吸附和储能材料。
静电纺丝是制备一维纳米纤维直接、有效的方法，在介绍静电纺丝的基本原理和工艺影响因素的基础上，综述了电纺碳纳米纤维的特性及其应用。
关键词：碳纳米纤维;静电纺丝;制备;应用中图分类号：TQ340.6文献标志码：A文章编号：1004－9533（2014）03－0013－07Preparation and Application of Carbon Nanofibers by ElectrospinningYue Mengbin 1，Chen Yingzhi 2，Bai Yu 2，Huang Zhenghong 2*，Xu Deping 1，Kang Feiyu 2（1.School of Chemical Environmental and Engineering ，China University of Mining and Technology ，Beijing 100083，China ；2.School of Materials Science and Engineering ，Tsinghua University ，Beijing 100084，China ）Abstract ：Carbon nanofibers have fascinating applications in the fields of catalyst support ，adsorption and energy storage ，etc．，due to their large surface area ，high electrical and thermal conductivity．Electro-spinning has been proved to be a versatile and effective way to prepare one-dimensional nanofibers．In this article ，the principle and the influential factors related to electrospinning were briefly introduced ，and the properties and applications of electrospun carbon nanofibers were reviewed．Key words ：carbon nanofibers ；electrospinning ；preparation ；application 20世纪60年代碳纤维已经成为重要的工业材料。
静电纺丝纳米纤维的制备与应用
静电纺丝纳米纤维的制备与应用静电纺丝技术是一种制备纳米级纤维的方法，该技术由于操作简单、成本低、生产效率高等优点而被广泛应用于不同领域。
本文将为您介绍静电纺丝纳米纤维的制备方法及其在不同领域中的应用。
一、静电纺丝制备纳米纤维的方法静电纺丝纳米纤维的制备方法可归纳为以下几个步骤：1. 温度调节静电纺丝制备纳米纤维的第一步是调节环境温度。
通常的实验室条件下，温度以及相对湿度有时会影响电荷的均匀分布，温度或相对湿度的太高或者太低，都会影响到纳米纤维的制备效果。
2. 选择原料静电纺丝纳米纤维所需的原料很少，常见的原料有两种，一种是聚合物，如聚乳酸、聚己内酯等；另一种是天然高分子材料，如蛋白食品、纤维素等。
材料的特性主要与电荷密度和材料表面张力有关。
3. 溶液制备将所选材料溶解于适量的溶剂中，并加入少量的助溶剂。
通过不断的搅拌和振荡，使溶液均匀混合，形成均一的溶胶。
在此过程中，需注意不要产生气泡，否则会影响纤维的制备效果。
4. 设备调节将静电纺丝设备打开，保持常用电压约为15KV，调节喷嘴升降台的高度，确定离液面的距离，根据需要进行调节。
当喷嘴的高度、角度、距离和电荷的强度达到适宜的范围时，可以进行静电纺丝制备纳米纤维的实验。
5. 喷涂制备将无处理的丝嘴插入含有均匀混合的溶液中，打开高压开关，在喷嘴和接收器之间建立电场，使得流出喷嘴的溶液产生电荷，从而产生自然拉伸力，形成纳米纤维。
二、静电纺丝纳米纤维的应用1. 医学领域静电纺丝纳米纤维在医学领域中的应用非常广泛，主要用于制备医用敷料、药物释放载体、组织工程支架和人造器官等。
由于静电纺丝制备的纳米纤维具有超大比表面积、极细直径以及优异的生物相容性等特点，使得其在医学领域有着广泛的应用前景。
2. 环保领域静电纺丝纳米纤维在环保领域中的应用也日益受到关注，主要用于制备高效过滤器材料和防护用品。
由于静电纺丝制备的纳米纤维具有高效过滤和分离性能，并且纳米纤维过滤材料可以承受高温、耐酸碱等特点，因此在处理废水、废气以及空气中的污染物方面，具有非常广泛的应用前景。
静电纺丝技术制备纳米纤维和超级吸附材料
静电纺丝技术制备纳米纤维和超级吸附材料随着科学技术的不断进步，静电纺丝技术作为一种制备纳米纤维和超级吸附材料的新兴技术，引起了广泛关注。
本文将从静电纺丝技术的基本原理、应用领域、纳米纤维制备及其在超级吸附材料的应用等方面进行探讨。
静电纺丝技术的基本原理静电纺丝技术是一种通过静电场将高分子溶液或熔融体拉伸成纳米级纤维的加工技术。
其基本原理是利用高电压静电场对液体喷射流进行加速、扩散和伸展，使得流体表面形成了一种薄膜，随着喷射流不断脱离电极，进一步拉伸形成了纤维。
其制备的纳米纤维具有高比表面积、高孔隙度、纳微尺寸、高比量等特点，适用于多种领域。
静电纺丝技术在漆、医药、服装等领域的应用静电纺丝技术的应用领域非常广泛。
在漆、医药、服装等领域中，其都有着广泛应用。
在漆领域中，静电纺丝技术制备的纳米纤维用作漆膜增强剂，可以改善漆膜的力学性能、耐划伤性能和撞击性能；在医药领域中，静电纺丝技术制备的纳米纤维材料可以用作药物载体、骨修复材料、生物医用材料等；在服装领域中，静电纺丝技术制备的聚合纤维，可以用于整理裙摆的褶皱和波浪，增加服装的美观性。
静电纺丝技术制备纳米纤维的方法静电纺丝技术制备纳米纤维有两种方法：溶液法和熔融法。
溶液法是指将高分子材料与有机溶剂混合，制成高分子溶液，通过静电纺丝技术制备纳米纤维；熔融法是将熔点低的高分子材料熔融成液态，通过静电纺丝技术制备纳米纤维。
在这两种方法中，溶液法的应用更为广泛，可制备出更加均匀的纳米纤维。
静电纺丝技术制备的超级吸附材料的应用除了在制备纳米纤维上的应用，静电纺丝技术在制备超级吸附材料方面也有着独特的优势。
超级吸附材料是指具有极高性能的吸附材料，广泛应用于水处理、空气净化等领域。
静电纺丝技术制备的超级吸附材料主要利用其高比表面积、高孔隙度等特点，可使其具有更高的吸附容量和效率。
其应用范围广泛，可应用于污染物的吸附、分离和储存等领域。
静电纺丝技术的未来发展随着科学技术的不断进步，静电纺丝技术在未来的发展前景非常广阔。
静电纺丝制备纳米纤维的进展及应用
米材料。
通 讯联 系人 。
场强度增加到临界值时 ， 半球状液滴会转变为锥 形， 这一带电的锥体称为 Ｔｙ ｒ ａｌ 锥。进一步增加 ｏ 电场强度， 带电射流会从 Ｔｙ ｒ ａｌ 锥尖喷射出来 ， ｏ 放
不能制 备连 续 的纳 米 纤维 ， 量 太 小 。 自组 装 法 产 是利用 分子 间的 相互 作 用 力 ， 已有 的 组 分 自发 将 地组 装 成具有 某种 形 貌 或 功能 的纳米 材 料 ， 可 但 控性较差 。静 电 纺丝 法 是 目前 唯 一 能够 直 接 、 连 续 制备 聚合物 纳米纤 维 的方 法 。 １ 静 电纺丝 的基本原 理 静 电纺丝 装 置主要 由 以下 ３部 分 组 成 ： 压 高 影 响静 电纺丝纤 维成形 的 因素主要 包含 ３个
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第３ ０卷 第 ３期
２０ ０ ７年 ６月
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静 电纺 丝 制备 纳 米 纤维 的进 展及 应 用
在前驱体静电纺丝纳米纤维的应用过滤材料用静电纺丝法制备的纳米纤维较常规过滤材料大大提高纤维过滤毡与常规纤维过滤毡相比能提高协以上的颗粒林的颗粒对人体的危害也很大致癌物往往吸附在这些小颗粒上材则可以有效地过滤掉这些小颗粒公司已经制造出偏氟乙二烯为支撑基材体微滤膜和液体微滤膜组件不仅提高了其过滤性能且环境适应范围广物浓度适应范围宽生物医用功能材料静电纺丝纤维由于具有狼好的生物相容性和结构相容性物释放等用静电纺丝方法制备出可降解的聚醋型聚氨醋纳米纤维支架培养结果表明纺丝支架上容性很好的表面活性剂阴离子聚乳酸溶液中进行静电纺丝物聚合物纤维表面光滑放试验采用蛋白酶分解中释放出来物可从载药的纤维毡中持续传感器材料传感膜的灵敏度与每单位质量膜的表面积成正比其过滤效率如同样质量的超微细其过滤效率国内外现有的过滤材料只能净化而直径小于林特别是如二嗯英这种一
静电纺丝 碳膜
静电纺丝碳膜一、引言静电纺丝技术是一种高效制备纳米纤维的方法，近年来在材料科学领域引起了广泛关注。
通过静电纺丝技术制备的碳膜具有优异的力学性能、电学性能和热学性能，因此在能源、环保、生物医学等领域具有广阔的应用前景。
本文将详细探讨静电纺丝制备碳膜的技术原理、工艺流程、性能表征以及应用领域，旨在为相关领域的研究者提供有价值的参考。
二、静电纺丝技术原理静电纺丝技术是一种利用高压静电场制备纳米纤维的方法。
在静电纺丝过程中，聚合物溶液或熔体在高压静电场的作用下形成射流，射流在电场中经历拉伸、细化、固化等过程，最终沉积在接收装置上形成纳米纤维膜。
通过调节溶液浓度、电压、接收距离等参数，可以实现对纳米纤维直径、形貌和结构的调控。
三、碳膜制备工艺流程利用静电纺丝技术制备碳膜的工艺流程主要包括以下几个步骤：1. 配置纺丝溶液：选择适当的聚合物作为碳源，将其溶解在合适的溶剂中，形成一定浓度的纺丝溶液。
2. 静电纺丝：将纺丝溶液置于静电纺丝机中，在高压静电场的作用下进行纺丝。
通过调节纺丝参数，如电压、接收距离、溶液流速等，控制纳米纤维的形貌和结构。
3. 热处理：将静电纺丝得到的纳米纤维膜进行高温热处理，使聚合物纤维碳化。
热处理过程中需要控制升温速率、碳化温度和保温时间等参数，以获得理想的碳膜结构。
4. 后处理：对碳化后的碳膜进行必要的后处理，如表面修饰、结构调控等，以提高其性能和应用价值。
四、碳膜性能表征静电纺丝制备的碳膜具有优异的力学性能、电学性能和热学性能。
为了全面评价碳膜的性能，需要进行一系列的性能表征。
常用的表征方法包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱（Raman）、X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）等。
这些表征方法可以从微观结构、化学组成、热稳定性等方面对碳膜进行全面的分析和评价。
五、碳膜应用领域由于静电纺丝制备的碳膜具有优异的性能，因此在多个领域具有广泛的应用前景。
以下是一些主要的应用领域：1. 能源领域：碳膜可以作为锂离子电池、超级电容器等能源器件的电极材料，提高其能量密度和功率密度。
静电纺丝碳纳米纤维膜的制备及性能研究
- 47 -第4期2019年8月No.4 August，20191 锂空气电池电极材料概述锂空气电池是一种非常有潜力的高比能量电池，具有很高的研究价值，其理论能量密度上限达到11 400 Wh/kg ，几乎可与化石燃料相媲美，远超过其他电池，因此得到了学术界和科研界的大力关注，被一致认为是可充电电池领域中最有前景的颠覆性技术[1]。
正极材料的选择是锂空气电池成功的关键因素。
电池正极决定了氧气在正极区的流通情况以及电池放电产物的沉积[2]。
因此，正极材料需要具有不易堵塞的大孔结构，比表面积需要尽可能地大，以保证正极区反应的顺利进行。
由于具有较高的导电性，碳纳米纤维（Carbon Nanofiber ，CNF ）材料是锂空气电池正极的优选材料之一。
然而碳纤维材料在制备过程中需要添加粘结剂，粘结剂的加入使得电极有效比表面积下降，降低电池容量和能量密度，而且粘结剂通常是绝缘体，会阻碍电解质中离子转移，进而影响电池电化学性能。
静电纺丝是一种简单而有效的制备碳纳米纤维的方法[3]。
与传统的碳纳米纤维相比，通过静电纺丝制备的碳纳米纤维通常交互排列形成一定厚度的纳米纤维毡，直接用作正极自支撑电池材料，而不需要添加非活性粘合剂，可以有效避免粘结剂对电化学性能的不利影响[4]。
同时，在放电过程中，单根碳纳米纤维之间存在的微米大小的孔隙不会被堵塞，保证O 2不间断地进入正极。
然而，传统的静电纺丝制备的CNF 的比表面积相对较低，限制了其放电容量[5]。
基于此，利用静电纺丝结合物理活化的方法制备了具有自支撑结构的分级多孔碳纳米纤维电极（ACNF ），探讨了制备条件对ACNF 正极材料微观结构和用于锂空气电池时的电化学性能的影响。
2 实验部分2.1 试剂及仪器试剂：聚丙烯腈，N ，N-二甲基甲酰胺，二（三氟甲基磺酰）亚胺锂（LITFSI ），聚偏氟乙烯，三乙二醇二甲醚（国药集团化学试剂有限公司）。
仪器：静电纺丝机（深圳通力微纳科技有限公司），管式炉（上海钜晶仪器制造有限公司），扫描电子显微镜（QUANTA 200FEG ），X 射线衍射仪（Rigaku Rotalflex ），手套箱（上海珂璐纳有限公司），蓝电电池测试仪（武汉蓝电电子有限公司。
静电纺丝方法制备微纳米纤维材料总结
静电纺丝方法制备微纳米纤维材料总结静电纺丝方法是一种常用的制备微纳米纤维材料的技术，通过电场作用下的聚合物溶液或熔体，通过静电纺丝设备的喷头产生纤维，并在收集器上形成纤维膜。
此方法制备的微纳米纤维材料具有较大的比表面积、高孔隙度和优良的力学性能。
本文将对静电纺丝方法制备微纳米纤维材料的原理、工艺参数以及其应用领域进行总结。
首先，静电纺丝方法的原理是利用高电场下溶液或熔体的表面电荷受力，使其成为纤维的形态。
通过调节聚合物溶液或熔体的流变性能、电纺喷头和收集器的设计，可控制纤维的形貌、直径以及纤维间距等关键参数。
静电纺丝方法的制备过程主要包括溶液的制备、电纺设备的调试和纤维的收集等步骤。
其次，制备微纳米纤维材料时，需要注意一些关键工艺参数的选择和调节。
首先是聚合物的选择，其溶解性能和流变性能会对纤维的形貌和直径产生影响。
一般来说，高分子量和低浓度的溶液易于形成细纤维。
其次是溶液或熔体的流变性能，影响着纤维的拉伸性能和成纤性能。
选择适当的流变模型和控制流体参数，能够得到理想的纤维形态。
此外，还需要注意电纺设备参数的调整，如高电压频率、纤维收集器的距离和喷头内腔的压力等。
静电纺丝方法制备的微纳米纤维材料在多个领域具有广泛的应用。
首先，在纺织领域，这种方法被用于制备细纤维基质，用于增强材料、抗菌纺织品和过滤材料等。
其次，在生物医学领域，微纳米纤维材料被用于组织工程、药物传递和伤口修复等。
利用静电纺丝方法制备的微纳米纤维材料具有更高的比表面积，能提供更好的细胞附着和药物释放性能。
此外，这种方法还被用于能源储存和传感器等领域，通过改变纤维材料的构建方式和组分，可以制备出具有特定功能的材料。
总的来说，静电纺丝方法是一种有效制备微纳米纤维材料的技术。
通过合理选择聚合物、调节工艺参数以及应用领域的选择，可以得到具有优良性能的微纳米纤维材料。
然而，当前该方法还存在一些挑战，如纤维直径不均匀性、生产规模化难度和设备成本等。
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作者简介:李 静(1985-),女,河南人,江南大学生态纺织教育部重点实验室硕士生,研究方向:纳米材料和锂离子电池材料;乔 辉(1982-),男,山东人,江南大学生态纺织教育部重点实验室副教授,博士,研究方向:新能源材料等,本文联系人;魏取福(1964-),男,安徽人,江南大学生态纺织教育部重点实验室教授,博士生导师,研究方向:功能纤维材料。
基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金(JU SRP11102),江苏省自然科学基金(BK2010140)静电纺丝法制备的多孔碳纳米纤维李 静,乔 辉,魏取福(江南大学纺织服装学院,生态纺织教育部重点实验室,江苏无锡 214122)摘要:用静电纺丝法制备了聚丙烯腈(PA N)/聚甲基丙烯酸甲酯(PM M A)复合纳米纤维,经预氧化、高温炭化,制备用作锂离子电池负极材料的碳纳米纤维(CN F)。
透射电子显微镜(T EM )和比表面积分析发现:制备的CN F 具有多孔结构,比表面积达到572 9m 2/g,平均孔径为33 6nm 。
以50mA/g 的电流在0 01~3 00V 循环,制备的多孔CN F 的首次放电比容量为333 3mA h/g,第20次循环的可逆比容量为231 8mA h/g,充放电效率近90%。
关键词:静电纺丝法; 碳纳米纤维(CN F); 多孔结构; 负极材料; 充放电性能中图分类号:T M 912 9 文献标识码:A 文章编号:1001-1579(2011)03-0132-03Porous carbon nanofibers prepared by electrospinning techniqueLI Jing,QIAO Hui,WEI Qu fu(Key Labor atory of Eco T ex tiles of M inistry of Education ,College of T ex tiles&Clothing,J iangnan University ,Wux i,Jiangsu 214122,China)Abstract:Polyacr ylonitrile (PAN)/poly(methyl methacry late)(PM M A)co mposite nanofibers w er e prepared by electrospinningtechnique,then porous carbon nanofibers (CNF )as anode material for L i ion batter y were obtained by pr e ox idation and high tem perature carbonat ion T he analyses of transmission electron microscopy (T EM )and specific surface area showed that the as pre pared CNF had por ous structure,the specific sur face area was 572 9m 2/g,t he mean pore size was 33 6nm When cycled in 0 01~3 00V with the curr ent of 50mA /g,the initial specific discharg e capacity of the as pr epar ed porous CN F w as 333 3mAh/g,the r ev ersible specific capacity was 231 8mAh/g at t he 20th cycle,the charge discharge efficiency w as near 90%Key words:electrospinning ; carbon nanofibers (CNF ); porous structure; anode material; charge discharge performance锂离子电池所用的碳负极材料,主要为石墨类材料和低温热解碳。
碳材料在首次充放电时表面会形成钝化膜,造成容量损失;且碳的电极电位与锂的很接近,当电池过充时,金属锂可能在负极表面析出,形成枝晶而引发安全问题,并导致容量降低。
纳米材料,如碳纳米管(CNT )、纳米石墨、纳米合金和纳米氧化物等,已成为锂离子电池负极材料的研究重点,并有望取代碳材料用于锂离子电池[1]。
碳纳米纤维(CN F)的直径一般为10~500nm,是介于CN T 和普通碳纤维之间的准一维碳材料,具有较高的结晶取向度、较好的导电和导热性能,可用作超级电容器和锂离子电池的负极材料。
L W Ji 等[2-3]发现:CNF 作为锂离子电池负极材料的储锂比容量达566mA h/g,首次循环的库仑效率为66%,且循环性能较好,第50次循环的可逆比容量仍有435mAh/g 。
刘鸿鹏等[4]通过化学气相沉积(CVD )法制备了CN F,首次嵌锂比容量达533mAh/g,第25次循环的可逆比容量保持在274mAh/g 。
静电纺丝法的工艺简单、成本低,是目前唯一可制备连续纳米级碳纤维的方法[5]。
本文作者采用该方法,先制备聚丙烯腈(PAN )/聚甲基丙烯酸甲酯(PM M A)复合纳米纤维,再经预氧化、高温炭化,得到多孔CN F 。
第41卷 第3期2011年 6月电 池BAT T ERY BI MO NT HL Y Vol 41,No 3Jun ,20111 实验1 1 PAN/P M MA复合纳米纤维和PA N纳米纤维的制备配制质量分数为8%的PAN(江苏产, 99 9%)的N, N 二甲基甲酰胺(DM F,上海产,AR)溶液,在60 水浴中磁力搅拌4h,然后向其中加入PM M A(美国产, 99 9%), m(PAN) m(PM M A)=7 3,继续在60 水浴中磁力搅拌8h,得到均匀的复合纺丝液。
将上述复合纺丝液倒入带有磨平针头(孔径为0 7mm)的20ml针筒中,采用自制的静电纺丝设备,制备PA N/PM M A复合纳米纤维的纤维毡。
静电纺丝法的参数为:采用铝箔包覆的平板式接收装置,针头与接收平板的距离为15cm,加在针筒针头上的电压为15kV,纺丝速度为0 5ml/h。
采用与PAN/PM MA复合纳米纤维同样的方法制备PAN纳米纤维,但纺丝液中不加入PM M A。
1 2 CNF的制备将得到的PAN纳米纤维和PAN/PM M A复合纳米纤维毡置于马弗炉中,以2 /min的升温速率从室温升至250 并保温2h,进行预氧化。
以0 5 /min的速率从250 升温至800 并保温5h,进行高温炭化,然后在氮气保护下自然冷却至室温,分别得到PA N基CNF和PAN/PM M A基多孔CN F。
1 3 材料的结构和形貌分析用D8Advance型X射线衍射仪(德国产)进行XR D分析,CuK , =0 15406nm,用NaI晶体闪烁计数器测量X射线的强度,扫描速度为4( )/min,步长为0 02 ;用JSM 5600型扫描电镜(日本产)分析PAN/P M MA复合纳米纤维及PAN基CN F的形貌结构;用JEM 2100型透射电子显微镜(T EM,日本产)分析PAN基CN F的微观结构;用A SAP2010比表面孔隙率测定仪(美国产),采用BET法计算制备的PAN基CNF的表面参数。
1 4 电池的组装及充放电性能测试按质量比80 10 10将制备的PAN/PM M A基多孔CN F、乙炔黑(天津产, 99 9%)和60%聚四氟乙烯(广州产, 99 9%)乳液混匀,再用异丙醇(上海产,AR)搅拌成粘稠状,用手摇式压膜机压成约0 05mm厚、有韧性的膜。
在80 下烘干后,取直径为1 4cm的圆形膜片,压在集流体泡沫镍(上海产, 99 9%)网上,然后放在功率为10kW的红外灯下(膜片与灯泡的距离为30cm)烘干6~12h。
以金属锂片(江西产, 99 9%)为对电极和参比电极, Celgard2400膜(美国产)为隔膜,1mol/L L iPF6/EC+DM C +EM C(体积比1 1 1,张家港产,电池专用)为电解液,在充满氩气的手套箱中组装直径为4cm、高度为5cm的三电极模拟电池。
在BT S 5V1mA电池测试系统(深圳产)上进行充放电测试,电流为50mA/g,电压为0 01~3 00V。
2 结果与讨论2 1 结构和形貌图1是PAN/PM M A基多孔CNF的XRD图。
图1 PAN/PM M A基多孔CNF的XRD图F ig 1 XRD pattern of PAN/PM M A based porous CNF从图1可知,曲线上25 左右、较宽的峰对应层状结构石墨的衍射峰,表明PAN/PM M A复合纳米纤维中的PA N 被转化成石墨碳,PM M A在高温条件下被分解。
图1中,峰的强度较弱,表明多孔CNF中的碳成分未被完全石墨化。
图2是制备的PAN/PM M A复合纳米纤维和PAN/P M M A基多孔CN F的SEM图。
图2 PAN/P M MA复合纳米纤维和PAN/PM M A基多孔CNF的SEM图F i g 2 SEM photographs of PAN/PMMA composi te nanofibersand PAN/PM MA based porous CNF从图2a可知,制备的PA N/PM M A复合纳米纤维的直径较均匀地分布于120~400nm,纤维形态较好;从图2b可知,经过高温炭化后制备的PA N/PM M A基多孔CNF,结构保持良好,纤维直径变细,分布于80~330nm。
图3是PAN/PM M A基多孔CN F的T EM图。
图3 PAN/PM MA基多孔CNF的T EM图F ig 3 T ransmission electron microscopy(T EM)photographof PA N/PM M A based porous CN F从图3可知,纤维表面具有致密的空隙结构,且孔径较小,说明制备PA N/PM MA基CNF具有多孔结构,也说明把133第3期李 静,等:静电纺丝法制备的多孔碳纳米纤维一种高分子作为生孔剂加到PA N纺丝液中,经静电纺丝和炭化处理可制得连续、具有多孔结构的CN F。
表1列出了制备的CNF的表面参数。
表1 制备的CNF的表面参数Table1 Surface parameters of as prepared CNF样品比表面积/m2 g-1孔体积/cm3 g-1平均孔径/nmPAN基CNF2 70 00159134 8 PAN/PM M A基多孔CNF572 90 05333 6从表1可知,生孔剂PM M A的加入,使得炭化后PA N 基CN F的比表面积从2 7m2/g增加到572 9m2/g。