發(fā)布時間：2017-11-01 10:29

  本文關(guān)鍵詞：納米碳材料結(jié)構(gòu)調(diào)控及應用研究

  更多相關(guān)文章： 石墨烯 濕法紡絲 螺旋纖維 纖維電容器 變色電容器

【摘要】：SP2雜化碳構(gòu)成的納米碳材料(石墨烯和碳納米管)以其優(yōu)異的物理、化學性能,已在諸多應用領(lǐng)域得到了關(guān)注,特別是近年來隨著智能可穿戴設(shè)備的興起,因此如何將這種性能優(yōu)異的碳納米材料,尤其是石墨烯,組裝成為柔性可編織的纖維并將其應用于便攜式器件更是目前研究的熱點。在納米材料的組裝過程中,通過對結(jié)構(gòu)進行可設(shè)計調(diào)控,往往能得到更具特性的結(jié)果,尤其在傳感、智能響應及儲能器件等方面。因此,本論文首先以濕法紡絲制備石墨烯纖維技術(shù)基礎(chǔ)為基礎(chǔ),通過對紡絲過程的設(shè)計,探索制備了多股融合石墨烯纖維、多螺旋氧化石墨烯纖維。同時,通過大電流對負載I的石墨烯纖維處理,得到了三維多孔石墨烯纖維,并展開了相應器件研究。其次,還對碳納米管薄膜通過激光圖形化設(shè)計,得到了半透明碳納米管到導電薄膜,并初步探討了其在智能儲能方面的應用。本文的具體內(nèi)容如下:(1)采用改進的Hummers法得到了高質(zhì)量、大片的GO水相分散液,并研究了其粘性特點,同時對GO在紡絲過程中的出口脹大進行了研究,得出了脹大比與粘度的關(guān)系。對雙噴射口脹大效應對紡絲融合的影響進行分析及調(diào)整此過程。(2)在多噴絲口直接濕法紡絲過程中引入旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)了多螺旋GOF的直接制備,通過對纖維還原處理方式的調(diào)控,得到了多股獨立且疏松的多螺旋結(jié)構(gòu),且纖維具有超長延伸率,其斷裂伸長率可達35%。同時該纖維具有很好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,在10%形變下,循環(huán)拉伸100次后,纖維表現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。由于得到的多螺旋石墨烯纖維結(jié)構(gòu)特殊,在拉伸過程中出現(xiàn)了電阻值隨拉伸形變下降的特點,同時具有良好的循環(huán)響應特點。(3)探索了以致密的石墨烯纖維為載體,經(jīng)過再膨脹的方式制備多孔石墨烯纖維的方法。利用在還原過程中引入的I為膨脹源,在通電過程中石墨烯纖維快速產(chǎn)生的焦耳熱為動力,引發(fā)I的快速揮發(fā)產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)。此方法制備多孔石墨烯纖維十分迅速,在10 ms內(nèi)就可以完成處理,同時對石墨烯片層不會產(chǎn)生破壞。大電流膨脹后的纖維體積可以達到處理之前的29倍以上,處理效果十分明顯。處理后的纖維電容量可以達到未處理前的20倍,采用固體電解質(zhì)組裝后,得到了柔性的石墨烯纖維超級電容器。(4)對致密的碳納米管薄膜通過激光刻蝕得到透光性良好的半透明碳納米管薄膜,并在其表面負載聚苯胺水凝膠,組裝得到的超級電容器容量為315 F/g。同時電容器在充放電過程中,隨著電壓的變化,正極上的聚苯胺依次出現(xiàn)了藍色、綠色、淺綠色、淺黃色、黃色的相應變化,表現(xiàn)出了很好的智能特性。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 濕法紡絲 螺旋纖維 纖維電容器 變色電容器
【學位授予單位】：上海大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TB383.1
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 引言13-14
• 1.2 石墨烯簡介14
• 1.3 石墨烯制備方法14-16
• 1.3.1 微機械剝離法14
• 1.3.2 化學氣相沉積法14-15
• 1.3.3 外延生長法15
• 1.3.4 氧化還原法15-16
• 1.4 石墨烯纖維制備技術(shù)16-20
• 1.4.1 濕法紡絲17-19
• 1.4.2 水熱合成法19-20
• 1.4.3 其它方法20
• 1.5 石墨烯纖維基器件研究20-23
• 1.5.1 儲能器件20-21
• 1.5.2 傳感器件21-22
• 1.5.3 驅(qū)動器件22-23
• 1.6 本論文的研究思路和主要內(nèi)容：23-25
• 第二章 石墨烯并股纖維直接制備技術(shù)研究25-42
• 2.1 引言25-26
• 2.2 實驗部分26-28
• 2.2.1 原料制備26
• 2.2.2 實驗所用儀器26-27
• 2.2.3 GO合成過程27-28
• 2.3 結(jié)果與討論28-40
• 2.3.1 石墨烯表征28-31
• 2.3.2 氧化石墨烯黏度隨濃度關(guān)系31-32
• 2.3.3 濕法紡絲凝固過程的相分離32-33
• 2.3.4 濕法成型過程運動學33-34
• 2.3.5 單股噴絲口行為34-36
• 2.3.6 雙噴絲口濕法行為36-39
• 2.3.7 不同成份纖維融合過程39-40
• 2.4 本章小結(jié)40-42
• 第三章 具有高彈性多螺旋石墨烯纖維的直接制備42-56
• 3.1 引言42
• 3.2 實驗部分42-44
• 3.2.1 旋轉(zhuǎn)紡絲設(shè)備搭建43-44
• 3.2.2 多螺旋石墨烯纖維的直接制備44
• 3.2.3 實驗所用表征設(shè)備44
• 3.3 結(jié)果與討論44-55
• 3.3.1 多螺旋石墨烯纖維的直接制備44-47
• 3.3.2 還原方式對纖維結(jié)構(gòu)的影響47-49
• 3.3.3 捻度對力學性能研究49-50
• 3.3.4 凝固浴對力學性能研究50-51
• 3.3.5 股數(shù)對力學性能的影響51-52
• 3.3.6 循環(huán)拉伸性能研究52-53
• 3.3.7 力電性能53-55
• 3.4 本章小結(jié)55-56
• 第四章 大電流誘導的多孔石墨烯纖維及其在線性超級電容器方面的研究56-68
• 4.1 引言56
• 4.2 實驗過程56-58
• 4.2.1 凝膠電解質(zhì)的制備56-57
• 4.2.2 三維多孔石墨烯纖維的快速制備57
• 4.2.3 超級電容器的制備57
• 4.2.4 電容器性能測試57-58
• 4.2.5 儀器設(shè)備58
• 4.3 結(jié)果與討論58-67
• 4.3.1 多孔石墨烯纖維的制備58-59
• 4.3.2 形貌表征59-60
• 4.3.3 膨脹前后元素含量分析60-61
• 4.3.4 膨脹過程監(jiān)測61-62
• 4.3.5 膨脹過程中的電性能測試62
• 4.3.6 溫度和膨脹關(guān)系62-64
• 4.3.7 膨脹屬性分析64-65
• 4.3.8 石墨烯纖維電容器電化學性能測試65-67
• 4.4 本章小結(jié)67-68
• 第五章 基于多孔碳納米管薄膜復合水凝膠聚苯胺的智能柔性超級電容器68-77
• 5.1 引言68-69
• 5.2 實驗部分69-70
• 5.2.1 材料和設(shè)備69
• 5.2.2 儀器69
• 5.2.3 柔性智能電容器制備69-70
• 5.2.4 超級電容組裝70
• 5.2.5 電容器性能測試70
• 5.3 結(jié)果與討論70-76
• 5.3.1 電容器制備過程70-71
• 5.3.2 多孔復合電極制備71-72
• 5.3.3 電極微觀形貌表征72-73
• 5.3.4 電極成份表征73-74
• 5.3.5 柔性電容器電容表測試74-75
• 5.3.6 電容器變色過程分析75-76
• 5.4 本章小結(jié)76-77
• 第六章 結(jié)論與展望77-79
• 參考文獻79-89
• 作者在攻讀碩士學位期間公開發(fā)表的論文89-90
• 作者在攻讀碩士學位期間所作的項目90-91
• 致謝91

【參考文獻】

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本文編號：1126432