碳纳米管/纤维素复合纤维的制备及其导电性能研究

来源 :西南交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiao_zhuang_lin
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高柔性、高强度、高电导率和低密度的柔性材料在传感器、电容器以及储能材料等领域都有广泛的应用。碳纳米管具有优异的力学及电学性能,将碳纳米管组装成宏观纤维可充分发挥碳纳米管的优越性能。但是,目前碳纳米管纤维的制备存在对碳纳米管要求苛刻、成型工艺复杂等问题,因而探索简单环保的方法制备出导电性能和力学性能优异的碳纳米管纤维仍需解决很多学术和技术问题。本论文针对碳纳米管导电纤维制备过程中存在的技术问题,开展了模板吸附法和湿法纺丝法制备碳纳米管/纤维素复合纤维的探索性研究,探讨制备工艺对复合纤维形貌及结构的影响,并研究了复合纤维的导电性能及力学性能。本文的具体工作和主要研究内容包括:1.利用表面活性剂作为碳纳米管分散剂,通过超声震荡和高速离心得到碳纳米管分散液。紫外可见吸收光谱和Zeta电位分析结果表明,十二烷基硫酸钠(SDS)可显著提高CNTs分散性,其最佳分散条件为:单壁碳纳米管(SWCNTs)的初始浓度为0.8~1.2 mg/mL,SDS的浓度为5 mg/mL,超声功率为200 W,超声时间为100 min。2.通过对比研究几种纤维模板对CNTs的吸附效果,发现纤维素纤维对酸化碳纳米管具有良好的吸附效果。选取纤维素纤维作为吸附模板,设计了旋转吸附装置,制备酸化碳纳米管(a-CNTs)/纤维素复合纤维。对复合纤维的研究表明,酸化碳纳米管/纤维素复合纤维的电导率可达到3000 S/m;a-CNT表面的含氧基团可与纤维素之间形成氢键作用,有利于a-CNTs紧密吸附至模板纤维表面,获得导电纤维。3.选用少量的纤维素作为粘度调节剂,通过调控湿法纺丝的工艺条件得到了力学性能及导电性能优异的a-CNTs/纤维素复合纤维。优化工艺条件研制的复合纤维电导率可达到4020 S/m,拉伸强度相比于再生纤维素纤维增加了 133%,达到70 MPa。分析认为a-CNTs与纤维素的氢键作用以及a-CNTs自身的π-π作用有利于复合纤维的制备及性能的提升。
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