形貌可控碳纖維的制備及其電性能研究.pdf

1、氣相生長碳纖維作為一種新型碳材料具有導(dǎo)電性好、比表面積大、力學(xué)性能優(yōu)良、比電容高等優(yōu)點(diǎn)，使其在超級電容器、鋰離子電池、燃料電池、生物傳感器、復(fù)合材料等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。特別是2010年英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫因為石墨烯的研究而獲得諾貝爾獎再次激起了人們對于碳材料的研究熱度。
　　然而，氣相生長碳纖維的形貌和微觀結(jié)構(gòu)隨著反應(yīng)條件的變化會有比較大的差異，這些差異會導(dǎo)致碳纖維的性能存在很大的差距，

2、因此如何才能制備得到形貌可控的氣相生長碳纖維成為其在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的先決條件。其中，在碳纖維的制備過程中催化劑的選擇和催化劑前驅(qū)體的狀態(tài)是對最終產(chǎn)物影響最大的兩個因素?；谶@方面的考慮，本論文分成三部分對碳纖維的可控制備展開研究:一，利用物理、化學(xué)法制備得到鐵、銅、鎳的催化劑前驅(qū)體，并對前驅(qū)體進(jìn)行表征;二，利用催化劑前驅(qū)體進(jìn)行化學(xué)氣相沉積制備碳纖維，并對碳纖維進(jìn)行表征分析;三，利用制備得到的碳纖維產(chǎn)物進(jìn)行電學(xué)性能測試，考察不同形貌

3、結(jié)構(gòu)的碳纖維對其性能的影響。
　　首先，我們以鐵鹽為催化劑前驅(qū)體進(jìn)行碳纖維的制備。以這種前驅(qū)體在不同的反應(yīng)溫度下裂解乙炔分別得到了碳納米管、碳納米管/直線碳纖維、直線碳纖維三種產(chǎn)物。其中直線碳纖維的尺寸大約為30 nm，纖維表面光滑且呈嚴(yán)格的直線型。當(dāng)我們對前驅(qū)體預(yù)先進(jìn)行氫氣還原處理后，得到了珊瑚狀的碳纖維產(chǎn)物，這種特殊結(jié)構(gòu)增大了材料的表面積和孔隙率。
　　其次，利用草酸的配合體作用使用沉淀法和固相法分別制備得到了水合草酸銅

4、催化劑前驅(qū)體，以水合草酸銅為前驅(qū)體制備得到了高純度的多枝狀碳纖維(MBCFs)，隨后使用氯化銅為原料制備得到了一種多枝狀碳纖維。我們分別對三種多枝狀碳纖維進(jìn)行了循環(huán)伏安性能測試，測得其比電容分別為18.36 F/g，0.930 F/g和0.214 F/g。為了提高碳纖維的比電容我們對多枝狀碳纖維進(jìn)行高溫處理，處理后的碳纖維的BET表面積得到了很人的提高，比電容也相應(yīng)得到了提高，1400℃處理后比電容為39.72 F/g。
　　最后