取向碳纳米管纤维及其能源应用
碳材料技术在能源领域中的应用
碳材料技术在能源领域中的应用近年来，碳材料技术在能源领域中的应用越来越受到关注。
碳纳米管、碳纤维等碳材料的研究和应用，将有助于实现清洁能源的开发和利用。
本文将从碳材料的应用、碳纳米管的制备和性能、碳纤维的制备和性能等方面阐述碳材料技术在能源领域中的应用。
一、碳材料的应用碳材料具有多种优异的性质，如高强度、高韧性、低密度、高化学稳定性等。
因此，在能源领域中，碳材料得到了广泛的应用。
例如：1、储能材料：石墨烯、碳纳米管等碳材料具有优异的电导性能和储能性能，可以用于电池、超级电容器等储能器件的制造。
2、太阳能电池：碳纳米管可以用于太阳能电池中的电极材料，具有高效转换太阳能成电能的效果。
3、催化剂载体：氮化石墨烯、碳纳米管等碳材料具有大比表面积和优异的物理化学性能，可以作为催化剂的载体。
4、海水淡化：石墨烯可以用于海水淡化中的膜材料，具有高效的海水淡化效果。
二、碳纳米管的制备和性能碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米管状结构，具有很高的强度和导电性能。
碳纳米管的制备方式有化学气相沉积法、电弧放电法、化学剥离法等。
其中，化学气相沉积法是一种制备高质量碳纳米管的有效方法。
碳纳米管的性能也非常优异。
其导电性能比铜还要好，可以用于制造高性能电子器件。
此外，碳纳米管还具有优异的力学性能和光学性能，在材料科学和生物科学领域也得到了广泛的应用。
三、碳纤维的制备和性能碳纤维是由高强度的有机纤维（如聚丙烯腈纤维）经过一系列的热处理和脱除杂质工艺后制成的。
碳纤维具有优异的强度和刚度，且密度轻，是制造轻量化结构材料的重要材料。
碳纤维的制备工艺主要包括化学气相沉积法、热裂解法、湿法纺丝法等。
其中，化学气相沉积法是制备高性能碳纤维的主要方法。
碳纤维的性能也十分出色。
其比强度和比模量是金属的2~3倍，是很好的替代金属材料的轻量化结构材料。
在航空航天、汽车、体育器材等领域都得到了广泛的应用。
四、总结碳材料技术在能源领域中的应用是一个研究的热点。
碳纳米管与碳纤维的生长及其应用研究
碳纳米管与碳纤维的生长及其应用研究碳纳米管(CNT)和碳纤维(CF)是两种独特的材料，拥有许多优异的物理性质和应用潜力。
CNT是由碳原子围绕着中心轴线成穹顶状排成的管状结构，而CF则是由大量细小的碳纤维缠绕聚合而成。
这两种材料的生长机制和应用研究日益引起科学家的关注。
1.碳纳米管的生长机制碳纳米管最初是由日本科学家尘烟秀男通过电弧放电法在石墨电极上制备出来的，随后有多种生长方法被发明并得到了广泛应用。
其中，最为常见的方法是基于化学气相沉积法(CVD)，具体过程是，在一定温度下将碳源(如甲烷)与催化剂(如氧化镍)作用于CVD反应器中，形成的碳原子在催化剂表面的孔洞中聚集，随后形成管状结构并随气流被带走。
这个过程中，温度、气流速度和气相化学反应等参数都会影响CNT的生长速率和形貌，因此需要通过不断优化反应条件和控制催化剂表面形貌来获得理想的CNT。
除了CVD法之外，还有许多其他生长方法，如射频等离子体法、激光热解法、化学还原法等，它们各有优缺点，且能够制备出不同品质和形态的CNT。
对CNT的生长机制的深入探究以及对不同生长条件下CNT的生长形貌和性能的研究，能够为CNT的大规模制备和优化提供宝贵的理论和实践指导。
2.碳纤维的生长机制与CNT相比，碳纤维是一种更为传统和成熟的碳材料，其生长机制主要涉及碳化纤维的制备及碳化反应。
晶体结构的研究显示，CNT其实是由一层层的类石墨纳米片叠加而成，而纤维则是由纳米片层叠后再聚集成束。
因此，纤维的生长主要包括聚结和碳化两个过程：首先是聚结过程，其中纤维毛细力作用引起了类石墨片层的分布排列，形成初步连续的CBN(碳化硼氮)网络结构。
之后是碳化过程，即将预制的CBN网络结构在高温下用溶剂稀释制成流动的碳源溶液，再将其放在内部练制好的石墨坯体中，在真空或者惰性气氛中，经过热熔并反应生长出纤维形态的炭/碳或其复合材料。
纤维的生长过程主要受制于碳化速率及溶液纯度等因素，并且同时也能对于纤维性能的表现产生重要的影响。
碳纳米管在能源与环保领域的应用
碳纳米管在能源与环保领域的应用碳纳米管是一种具有很高热导率、电导率和机械强度的纳米材料，也是当前材料学领域内最具潜力的材料之一。
在能源和环保领域，碳纳米管的应用前景非常广阔，例如燃料电池、太阳能电池、二氧化碳减排和环境污染治理等。
下面，我们将从不同角度来探讨碳纳米管在能源与环保领域的应用。
一、燃料电池领域燃料电池是一种利用氢气或者可再生能源转化为电能的装置，具有环保优势和高能量密度等优点。
其中，碳纳米管的应用主要是在燃料电池的电极材料上。
碳纳米管具有高电导率和大比表面积等特性，可以提高电极材料的导电性和电催化活性。
同时，碳纳米管还可以作为载体材料，制备纳米复合材料，进一步提高燃料电池的性能。
因此，碳纳米管的应用可以有效地提高燃料电池的效率和稳定性。
二、太阳能电池领域太阳能电池是一种利用太阳能转化为电能的装置，具有可再生和无污染的特性。
在太阳能电池中，碳纳米管主要应用在电极材料和导电薄膜上。
由于碳纳米管具有高电导率和良好的光电性能，可以增强电极材料的导电性和光催化活性。
同时，碳纳米管还可以作为导电薄膜材料，提高太阳能电池的光吸收效率和稳定性。
三、二氧化碳减排领域二氧化碳是一种导致全球气候变化的温室气体，减少二氧化碳的排放量已经成为全球共同的目标。
碳纳米管的应用可以有效地促进二氧化碳的吸附和催化还原。
一方面，碳纳米管的大比表面积和极性表面可以增强其与二氧化碳的吸附能力。
另一方面，碳纳米管还具有很高的催化活性，可以参与二氧化碳的还原反应，生成有利于环境的化学物质。
因此，碳纳米管的应用可以为二氧化碳减排提供可行的途径。
四、环境污染治理领域环境污染治理是一个全球性的难题，其中空气和水污染的治理是当前最为紧迫的任务。
碳纳米管在环境污染的治理中也有着广泛的应用。
例如，碳纳米管可以作为一种高效的吸附材料，用于治理空气中的有害物质；同时，碳纳米管还可以作为一种光催化材料，用于治理水污染中的有机物。
碳纳米管的应用可以为环境污染治理提供可行的技术支持，也为推进环境保护事业提供了一条新的途径。
《2024年碳纳米管的改性及其在粘胶纤维中的应用》范文
《碳纳米管的改性及其在粘胶纤维中的应用》篇一摘要：随着材料科学和纳米技术的快速发展，碳纳米管因其独特的物理化学性质而成为众多科研领域的研究热点。
碳纳米管的改性及其在纤维中的运用逐渐引起行业内的关注，尤其是与粘胶纤维的结合。
本文将探讨碳纳米管的改性方法，以及其在粘胶纤维中的应用及其潜在的优势。
一、引言碳纳米管作为一种一维纳米材料，具有优异的力学、电学和热学性能。
近年来，随着对其应用的深入研究，其改性技术和应用领域不断扩大。
特别是将碳纳米管与粘胶纤维相结合，不仅能提高纤维的综合性能，还有望推动纺织和材料科学领域的发展。
二、碳纳米管的改性技术1. 化学改性：通过引入不同的官能团或化学物质，改变碳纳米管的表面性质，增强其与其他材料的相容性。
2. 物理改性：利用物理手段如超声波处理、电场处理等，改变碳纳米管的聚集状态和分散性。
3. 生物改性：利用生物分子的作用，如酶处理或生物聚合物的包覆，提高碳纳米管的生物相容性。
三、碳纳米管在粘胶纤维中的应用1. 力学性能提升：通过将改性后的碳纳米管与粘胶纤维结合，能够显著提高纤维的拉伸强度和韧性。
2. 电学性能增强：碳纳米管具有优异的电导性能，将其引入粘胶纤维中可以提升纤维的导电性。
3. 热学性能改善：碳纳米管良好的导热性能有助于提高粘胶纤维的热传导效率。
4. 抗菌和抗紫外线性能：通过特定改性的碳纳米管还可以赋予粘胶纤维抗菌和抗紫外线的能力。
四、实验与结果分析本文以具体实验为例，探讨改性后的碳纳米管在粘胶纤维中的应用效果。
通过对比实验前后的纤维性能，发现经过改性的碳纳米管能够有效提高粘胶纤维的各项性能指标。
实验结果显示，经过改性的碳纳米管不仅在力学性能上有所提升，同时在电学、热学以及抗菌抗紫外线等方面也表现出良好的效果。
五、潜在优势与应用前景1. 节能减排：利用碳纳米管的优异性能，可以降低纺织品的能源消耗和环境污染。
2. 创新纺织产品：开发出具有特殊功能的纺织品，如导电、导热、抗菌等，满足不同消费群体的需求。
碳纳米管的制备及其在能源领域的应用
碳纳米管的制备及其在能源领域的应用随着工业和人口的不断增长，全球对能源需求的需求也在持续攀升。
但令人担忧的是，传统化石燃料的使用所产生的二氧化碳等温室气体的排放使得地球变暖的速度加快，严重威胁着人类的生存环境。
因此，需要发掘并使用更清洁、更高效的能源替代传统的燃料，碳纳米管作为一种纳米材料，正逐渐成为重要的能源材料。
碳纳米管是一种由碳元素构成的纳米管，其直径一般在1纳米左右，长度可以达到几毫米至数厘米。
碳纳米管具有许多优异的性能，如高强度、高导电性和高导热性等，因此被广泛应用于能源领域。
碳纳米管的制备方法可以分为物理法、化学法和生物法等多种方法。
其中，化学气相沉积法是目前最常用的制备方法之一。
该方法主要是将一定量的碳源，如丙烷、苯、酚等，注入反应器中，并在高温高压的条件下，使其分解成单质碳，最终生成碳纳米管。
此外，还有其他方法如电化学法、机械法、水热法和化学还原法等。
碳纳米管在能源领域的应用也非常广泛。
以下是其中一些主要应用：1. 高效能源储存碳纳米管具有极高的比表面积和优异的导电性和导热性，可以被广泛地用于电化学电容器和电池的电极材料。
在这些设备中，碳纳米管可以增加材料的能量密度和功率密度，提高储能效率。
此外，由于碳纳米管的独特结构，它们也可以被用于制造超级电容器，这种电容器具有储存能量高、寿命长、充放电速度快等特点。
2. 高效能源产生碳纳米管也可以用作太阳能电池和燃料电池的催化剂，这些设备可以将太阳能和化学能转化为电能。
在太阳能电池中，碳纳米管可以增加太阳能电池的效率，因为它们可以用来提高光的吸收和电荷传输效率。
在燃料电池中，碳纳米管可以被用作电催化剂，提高电池的效率和稳定性。
3. 智能能源传输碳纳米管可以用作智能材料，可以被用于传输电能、热能和微观粒子。
合成的碳纳米管具有透明性、柔性、抗拉强度高等特点，可以在车辆、建筑和人体健康等领域广泛使用。
在电力传输方面，由于碳纳米管导电性好，可以用于制造高压传输线，减少能量损失。
碳纳米管的研究及其应用前景
碳纳米管的研究及其应用前景碳纳米管是一种由碳原子旋转而成的纳米管，具有很高的机械强度、导电性和导热性，因此在众多领域中有着广泛的应用前景。
本文介绍碳纳米管的研究进展、特性及其应用前景。
一、碳纳米管的研究进展碳纳米管最早于1991年被日本学者发现，随后引起了国际科研工作者的极大兴趣，致力于对其结构、物理化学性质以及制备和应用等方面的研究。
目前，制备碳纳米管的方法主要有化学气相沉积法、电弧放电法、化学氧化还原法、模板法等。
其中，化学气相沉积法是迄今为止制备碳纳米管最常用的方法之一。
其基本原理是利用气相生长过程，在高温下使碳源分解产生碳原子并在催化剂的作用下聚集形成碳纳米管。
同时，随着对碳纳米管结构和性质方面研究的深入，科学家们也逐渐认识到碳纳米管的一些重要优点，如其高比表面积、导电性能稳定、机械强度高、化学惰性强等等，这些特性使得碳纳米管有着广泛的应用前景。
二、碳纳米管的物理性质碳纳米管是目前已知最好的纳米导体，其电阻率比铜高约10倍，导电性能稳定性高且电阻率稳定。
此外，碳纳米管的力学性质也十分卓越。
由于其单壁管结构的特殊性，碳纳米管具有极高的机械强度，在弯曲时也不会出现扭曲或弯曲。
碳纳米管还具有极强的导热性能，其蒸发冷却能力甚至可以超过铜。
此外，与金属导体相比，碳纳米管的热容量更小，这使得其在热管理领域中有着广泛的应用前景。
三、碳纳米管的应用前景由于碳纳米管具有多种独特的物理特性，因此有着广泛的应用前景。
1.电子领域由于其极好的导电性能，碳纳米管被广泛应用于电子领域。
例如，它在晶体管、电极和其他电子设备制造中的重要作用，以及在集成电路与纳米电子学领域的应用。
2.能源领域碳纳米管在能源领域中也有着广泛的应用前景。
例如，碳纳米管的高效导电性能使其成为良好的电池材料，而其高导热性使其的应用范围扩展至太阳能电池和热电转换器等方面。
3.材料学领域碳纳米管的极好的力学性能，使其成为了高强性材料的潜在替代品。
由于其良好的机械强度和高导电性能，在复合材料领域中有着广泛的应用前景。
碳纳米管在新能源及光电器件中的应用
碳纳米管在新能源及光电器件中的应用近年来，随着人们对新能源、光电器件的需求不断增加，碳纳米管的重要性也越来越被广泛关注。
碳纳米管是一种非常有机会实现革命性的材料。
其因其独特的电学和热学性能，具备着广泛的应用前景。
一、碳纳米管在新能源中的应用在新能源领域，碳纳米管的应用主要体现在电池和太阳能电池等领域。
首先，碳纳米管可以作为电池中电极材料的催化剂，这个功能非常的重要。
这种催化剂可以增加电化学反应的速率，并降低催化剂自身在反应过程中的损耗，从而提高了电池的效率。
其次，碳纳米管在太阳能电池中可以用作微透镜，能够折射出来的光线让更多的光线进入太阳能电池中，提高了能源的利用率。
二、碳纳米管在光电器件中的应用在光电器件领域，碳纳米管的应用主要集中在光探测器、发光二极管、显示器等领域。
例如，用碳纳米管作为光探测器的材料可以增强光信号的收集，从而提高了光探测器的灵敏度。
而碳纳米管作为发光材料可以发出非常纯净的绿光和红光，而且不会发出任何其他颜色的光。
在大型触式电视和智能手机等电子设备中，碳纳米管可以替代液晶显示屏，通过电流调节和发出的光线来实现图像显示。
三、碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备主要有两种方法：第一种方法是碳卤素单分子层沉积法。
这种方法需要使用碳电极和溴单分子层结合成复合沉淀在电极表面上。
此时，金属催化剂将溴剥解，产生非常小的碳纳米管。
这种方法制得的碳纳米管质量较高，且产物的分散性较好。
第二种方法是热等离子体气相化学气相沉积法。
该方法是在高温的热等离子体中使金属和碳化合物反应，可以获得长而大范围的碳纳米管。
该方法生产出的碳纳米管的尺寸可以自由调节，因此非常适合用于制备纳米器件。
四、碳纳米管的未来发展在未来的发展中，人们相信碳纳米管的应用前景会越来越广泛。
正在研究中的应用包括碳纳米管做成的非常微小的马达，可以缩小尺寸的气体传感器，以及能够检测并对消耗的工业废弃物进行净化处理的纳米过滤器等。
碳纳米管的未来发展方向应该是结合其他技术，通过不断的创新和改进，实现碳纳米管在更多领域的应用。
碳纳米管的制备及其在储能领域的应用研究
碳纳米管的制备及其在储能领域的应用研究碳纳米管是由纯碳元素制成的纳米级管状材料，具有许多独特的物理和化学性质，因此被广泛研究和应用于多个领域。
在能源储存领域中，碳纳米管具有很大的潜力，因为它们能够提供高性能的储能材料。
碳纳米管制备技术碳纳米管制备技术的研究已经发展了几十年，目前主要有化学气相沉积、电弧放电、激光热解、化学还原等多种方法。
其中，化学气相沉积是最成熟和广泛应用的制备方法之一。
化学气相沉积是利用特定的碳源和气相反应，通过热解、裂解和重组反应，形成碳纳米管材料。
这种方法可以控制碳纳米管的结构、直径、壁厚和长度等参数，制备出各种形态的材料。
在实际应用中，制备出的碳纳米管需要进一步处理和改性，以提高材料性能和适应特定的应用需求。
例如，通过氧化、还原、硝化等化学方法进行表面修饰和功能化，可以增加材料的亲水性、导电性和机械强度等。
碳纳米管在储能领域的应用研究由于碳纳米管结构的独特性，具有较高的比表面积和导电性能，被广泛应用于储能领域中。
以下重点介绍几个具有代表性的应用研究。
1. 锂离子电池碳纳米管作为锂离子电池的负极材料，具有很高的理论比容量和长期稳定性。
研究表明，纳米级碳纳米管可以形成一种连续的导电网络，增加电池的导电性能和循环寿命。
此外，通过纵向生长碳纳米管，可以增加负极材料的比表面积和离子扩散速度，提高电池的充放电效率和能量密度。
2. 超级电容器碳纳米管作为超级电容器电极材料，具有很高的比表面积和电容性能。
通过循环伏安和恒电流充放电测试，研究表明，碳纳米管电极可以实现高达300 F/g的电容量，具有很高的能量和功率密度。
此外，通过改变碳纳米管的直径和壁厚等参数，可以调控电容器的性能，实现适应不同应用需求的目的。
3. 锂硫电池锂硫电池作为未来高能量密度电池技术的重要方向之一，碳纳米管也被用于其正负极材料的改性和改进。
通过载入硫、硫化物等单质或化合物，可以提高硫化物的稳定性和与电极材料的亲和力，增加电池的能量密度和循环寿命。
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0.45 (图1b) ，电池效率达到2.2%。 材料，但两者都存在着一些缺点: 金属易被溶剂腐蚀，聚 合物纤维外部的导电层易碎裂，且两者都柔性不足，无 法与光阳极紧密缠绕，造成电池效率很难进一步提高， 兼具有柔性、高强度、高电导率的取向碳纳米管纤维成 为线状太阳能电池的一个理想电极材料。
文献汇报
取向碳纳米管纤维及其能源应用
• 近来，也有人尝试过在电池两极仅使用碳纳米管纤维而不 使用TiO2，即以吸附N719染料、并涂覆一层聚偏氟乙烯树 脂的碳纳米管纤维作为对电极。但该电池的性能并不理想， VOC、JSC和FF分别只有0. 08 V，3. 4 mA· cm-2和0. 23，电池 效率不到0. 1% 。由此也可认为，TiO2在基于碳纳米管纤维 的线状染料敏化太阳能电池中是十分重要的。
• 然而，由于这种电池是以镀Pt 的导电玻璃作为对电极，所 以并不是真正意义上的线状太阳能电池。通过将两根取向 碳纳米管纤维缠绕在一起，可以制备真正的自支撑线状 DSC 。其中以一根涂敷了 TiO2纳米粒子的取向碳纳米管纤 维作为工作电极，另一根取向碳纳米管纤维作为对电极 ( 图2a,b)。基于传统I-/I3- 电解液和N719染料制备的电池效率 达到了2. 94% 。由于其独特的线状结构，在不同的光入射 角和电池长度下，电池的性能参数均保持不变( 图2c,d) ， 并且输出电压和电流可以通过电池间的串并联进行调节。 由于TiO2纳米粒子之间存在许多边界，降低了电子的迁移 率。为获得更高的电池效率，利用取向TiO2纳米管阵列取 代纳米粒子进一步改善光吸收率、电子采集率以及TiO2与 电解液界面的离子传输。主要是在钛丝表面垂直于钛丝生 长取向TiO2纳米管，吸附染料后作为工作电极，然后以取 向碳纳米管纤维作为对电极，将两根纤维缠绕在一起，制 备线状DSC，其效率达到了4. 6% 。
文献汇报
取向碳纳米管纤维及其能源应用
• 为了进一步提高纤维电极的电化学活性，研究人员 尝试了优化取向碳纳米管纤维的结构。Kim等通过 一种改进的双向卷曲技术来制备纤维电极，将数百 层导电高分子浸润的取向碳纳米管膜卷成一根直径 约 20μm 的复合纤维，再与一根金属纤维缠绕，金 属纤维作为集流体有助于提高功率输出密度。以这 种复合纤维制备的电容器达到了 179 F· cm-3 的高体 积比容，放电电流随着电压扫描速率的增加而其线 性范围增大，在液态电解质和固态电解质中可分别 达到~80 V· s-1和~ 20 V· s-1。同样的，这种线状超级 电容器同时具有高柔性和稳定性。 • • 在实际使用过程中，线状电容器被编制成柔性电子 织物，在弯曲或拉伸过程中可能产生变形乃至断裂， 这极大地限制了线状超级电容器的应用。最近，科 研人员利用具有弹性的取向碳纳米管纤维制备了可 拉伸线状超级电容器。取向碳纳米管膜被螺旋缠绕 于弹性聚合物纤维外，该弹性导电纤维具有高的柔 性拉伸强度、电导率和力学、热学稳定性。线状电 容器经过100次被拉伸至175 %后，仍保持了~18F· g1的高比容。图3 给出了这种电容器的制备过程和其 性能。
文献汇报
朱文丽
取向碳纳米管纤维及其能源应用
• 2 线状超级电容器 • 尽管湿法制得的取向碳纳米管纤维电学性能优异，但是由于其致密的内部结构，不利于电解液的渗入， 降低了其在线状超级电容器中的应用。相较于湿法纺丝，干法纺丝制备的取向碳纳米管纤维因比表面积 大，且电解液能够充分进入纤维表层碳纳米管之间，非常适用于制备线状超级电容器。 • Baughman等首次将取向碳纳米管纤维相互缠绕制备的基于 PVA-H3PO4电解液的超级电容器的比容量和能 量密度分别为5F· g-1和0. 6 W· h· kg-1，首次实现了将线状电容器编入织物中，自此，干法纺丝制备的取向碳 纳米管纤维被越来越多地应用于超级电容器中。Zheng等通过在纤维表面的碳纳米管上引入羧基，使得电 容器在H2SO4电解液中的比容量从纯碳管的2. 6 F· g-1提升至95 F· g-1。通过在取向碳纳米管纤维中复合电化 学活性物质，也可以大幅提高比容量。通过在纤维制备过程中加入介孔碳，得到取向碳纳米管/介孔碳复 合纤维，以复合纤维为两极互相缠绕制备线状超级电容器比容量达到39. 7 mF· cm-2 (1.91mF· cm-1) ，能量密 度1.77×10-6W· h· cm-2(8. 50 × 10-8W· h· cm-1)。然而，引入介孔碳会造成复合纤维的力学性能下降。为了弥补 这一不足，研究人员以双向卷曲法制得取向碳纳米管/氧化石墨烯复合纤维，在平板上铺排两层取向碳纳 米管膜，滴加氧化石墨烯溶液，再将膜卷起，制得复合纤维。该方法制备的复合纤维中，氧化石墨烯片 层均匀分布在取向碳纳米管纤维的内部和表面。将两根上述复合纤维涂覆PVA /H3PO4凝胶电解液后缠绕 起来制成的电容器，在电流密度0.04A· g-1下测得的比容为31.50F· g-1或4.97mF· cm-2或0.027mF· cm-1，相较于 纯碳纳米管纤维电池的比容有大幅度的提高。且这些线状电容器在5000个充放电循环内都表现出很高的 循环稳定性。 • 通常情况下，线状超级电容器都是由两根纤维状电极互相缠绕制备而成的，器件在使用过程中可能被反 复弯曲，造成两根电极间的分离，使得电容器性能降低为了解决上述问题，研究人员开发了具有同轴结 构的线状超级电容器。该器件以取向碳纳米管纤维和取向碳纳米管膜分别作为电容器两极，使电极形成 三明治结构，即内层碳纳米管纤维，外层缠绕碳纳米管膜，电解液夹在两极之间。与广泛使用的缠绕结 构相比，同轴结构电容器的界面更稳定，两极与电解液的接触面积更大，从而降低了界面电阻，使这种 电容器的最大比容达到了59 F· g-1，相比纯碳纳米管纤维缠绕结构的4. 5 F· g-1有了大幅提高。
图1. 以取向碳纳米管纤维 为工作电极的染料敏化太 阳能电池的光电子传输示 意 图 (a) 和 电 流 密 度－ 电 压曲线( b)
图2. 两根碳纳米管纤 维缠绕构建的线状染 料敏化太阳能电池： (a) 示 意 图 ， (b) 电 池 SEM照片，(c，d)VOC， JSC，FF和与光入射角 和电池长度的关系
文献汇报
取向碳纳米管纤维及其能源应用
• 《中国材料进展》尤晓，孙雪梅，彭慧胜
• 碳纳米管具有独特的一维纳米结构,优异的力学、 • 1 染料敏化太阳能电池 电学和热学性能，但在实际应用中，由于碳纳米 • Zou等首先以CuI 修饰的金属丝吸附染料作为工作电极， 管无规分散且容易团聚，其优异的性能很难在材 以铜丝为对电极，制备了全固态线状染料敏化太阳能电 料宏观层面上充分体现出来。为了促进碳纳米管 池。虽然电池效率较低，此工作证明了线状结构不仅赋 的实际应用，将碳纳米管的物理性能从纳米尺度 予太阳能电池柔性和可编织性，对电池性能也有特殊的 拓展到宏观水平变得越来越迫切。近年来，人们 贡献，即电池的受光面积大且电池效率受光照角度影响 通过湿法纺丝和干法纺丝等过程对碳纳米管取向 排列，从而制备了具有高拉伸强度和高电导率的 小。 纤维，可广泛应用于线状太阳能电池和超级电容 器等光电转换和储能器件，极大地推动了能源材 • 金属纤维和导电高分子材料是目前最常用的纤维状电极 料和器件的发展。 • 基于取向碳纳米管纤维的线状能源器件 • 为了满足现代便携电子设备的需求，研究人员开 发了轻量且具有良好柔性的线状能源器件，如线 状太阳能电池和超级电容器等。与传统的平面结 构相比，线状能源器件有许多独特的优势。纤维 状电极是制造线状电子器件的关键之一，而电极 材料需要具有高度柔性、良好的导电性和足够的 • 取向碳纳米管纤维最初被应用于制备染料敏化太阳能电 力学强度。此外，不同器件对电极材料还有各自 池( DSC) 的工作电极。根据三维跳跃传导模型，染料产 的需求，如高比表面积、高电化学活性等。由于 生的光电子能被快速高效地通过取向CNT /N719 复合纤 其独特的一维纳米结构带来的高比表面积和优异 维传输(图1a) 。所得DSC的开路电压( VOC)、短路电流密 的电学、力学和热学性质，取向碳纳米管纤维被 认为是极具潜力的纤维状电极材料。 度( JSC) 和填充因子( FF) 分别为0.