掺杂碳纳米管的海藻酸钠纳米纤维热稳定性研究

采用加入碳纳米管的海藻酸钠溶液高压静电纺丝,成功制备掺杂碳纳米管的海藻酸钠纳米纤维（SA-CNTs-NF）.通过SEM、FT-IR、TG进行表征,检测表明,碳纳米管可以很好的分散在海藻酸钠纤维中,得到的SA-CNTs-NF平均直径约为196nm,并对SA-CNTs-NF进行了热重分析,发现加入碳纳米管的海藻酸钠纤维热稳定性有明显的提高.     

MnO2/碳球复合材料的制备及其电化学性能的研究

利用碳球为还原剂,在中性KMnO₄溶液中制备出MnO₂/碳球复合材料,并对其结构和电化学性能进行了研究。结果显示,随着碳球含量的增加,MnO₂/碳球复合材料的循环稳定性提高,但比电容量降低;当碳球质量分数为35%时,MnO₂/碳球复合材料的比电容量在50mA/g的电流密度下达到181F/g。分别采用KOH活化和混酸氧化的碳球为还原剂,可以有效地提高MnO₂/碳球复合材料的比电容量和循环稳定性,相应复合材料的比电容量分别达到192F/g和218F/g,而且经过500次的充放电测试,仍然保持为184F/g和192F/g。     

一种海藻酸基/聚吡咯复合纤维的制备

海藻酸钠是来源丰富的天然高分子。分别以氯化钙、盐酸和氯化锰为凝固液,采用湿法纺丝制备了海藻酸钙、海藻酸和海藻酸锰纤维,纤维表面有凹槽结构,其直径为22~45μm。采用高锰酸钾做氧化剂,使吡咯单体在海藻酸基纤维表面聚合,制备海藻酸基/聚吡咯复合纤维,纤维的直径为50~56μm,纤维表面有层状和颗粒状的聚吡咯,复合纤维的比电容值为1.0×10-2~3.0×10-2F/g。     

PAN/SWCNTs复合纳米纤维纱线的制备及其性能

采用改进的静电纺丝装置,分别制备了纯聚丙烯腈(PAN)纳米纤维纱线和不同单壁碳纳米管(SWCNTs)质量分数的PAN/SWCNTs复合纳米纤维纱线.利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶红外-拉曼光谱仪和X射线多晶衍射仪分别对复合纳米纤维纱线进行了形貌和直径表征、分子结构分析、结晶结构分析,并测试了不同SWCNTs质量分数对复合纳米纤维纱线力学性能的影响.结果表明:不同SWCNTs质量分数的PAN/SWCNTs复合纳米纤维纱线均具有良好的形态且沿着纱线轴向有序排列;随着SWCNTs质量分数的增加,纱线和纤维的直径均呈现减小的趋势,并且纤维中的串珠增多;碳纳米管沿纤维轴向均匀分布;碳纳米管的加入没有产生新的特征峰,但PAN的峰值有所减弱或增强;碳纳米管的加入改变了PAN的结晶性能;当SWCNTs质量分数为5%时,复合纳米纤维纱线的拉伸强度达到最高值为24.25 MPa.     

壳聚糖基复合海绵的制备及性能研究

以壳聚糖(CS)和海藻酸钠(SA)为材料,研究了两者不同质量比合成复合海绵(CS/SA)的效果,在此基础上,再加入羧甲基纤维素钠(CMC)进行改性,制备了改性复合海绵(CS/SA/CMC),用FTIR和SEM对其结构进行表征、形貌观察及吸水率分析.结果表明,在复合反应温度为25℃、冷冻干燥时间为24 h、氯化钙浓度为0.5%、壳聚糖与海藻酸钠按质量比为1∶3,复合海绵的孔径最大,吸水率高达900%以上,改性后吸水率提高了约400%.     

碳纳米管膜/MnO_2柔性电极材料的制备及其电容性能

为了制备性能优异的柔性超级电容器电极材料,以横向网络状分布的柔性碳纳米管薄膜为基底,通过与二氧化锰的复合,制备出碳纳米管膜/MnO_2柔性超级电容器电极材料.分别利用扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱、X线光电子能谱、恒电流充放电和循环稳定性等测试表征材料的形貌、结构和电容性能.结果表明:碳纳米管膜/MnO_2复合材料的比电容最高可达297 F/g,且碳纳米管膜/MnO_2柔性电极材料在比电容大于200 F/g时依然拥有优良的循环稳定性.     

电泳沉积海藻酸钠/碳纳米管修饰高模碳纤维表面

采用纳米材料增加碳纤维(CF)的表面粗糙度及活性官能团,不仅可以改善CF增强复合材料的界面结合状态,而且不会对CF本体造成损伤,是一种极具发展潜力的新型CF表面改性手段。使用电泳沉积技术(EPD)将碳纳米管(CNTs)沉积在高模CF表面,然后与环氧树脂(EP)复合,制备了单向纤维增强层压板(CF/EP复合材料)。使用万能拉力机测试CF/EP复合材料的层间剪切强度(ILSS),结果表明,在电压为6 V时制备的CF/EP复合材料的ILSS为58.9 MPa,与未经EPD处理的CF/EP复合材料(ILSS=52.2 MPa)相比提高了12.8%。同时,通过EPD制备了海藻酸钠与CNTs共沉积修饰的高模CF,海藻酸钠的加入增加了CNTs与CF表面的黏附性及氧含量,提高了纤维表面对树脂基体的浸润性。当CNTs的质量浓度为0.3 mg/mL、海藻酸钠的质量浓度为1 mg/mL、EPD电压为8 V时,所制备的CF/EP复合材料的ILSS可达68.3 MPa,与未经EPD处理的CF/EP复合材料相比提高了30.8%。     

电泳沉积海藻酸钠/碳纳米管修饰高模碳纤维表面

采用纳米材料增加碳纤维（CF）的表面粗糙度及活性官能团,不仅可以改善CF增强复合材料的界面结合状态,而且不会对CF本体造成损伤,是一种极具发展潜力的新型CF表面改性手段。使用电泳沉积技术（EPD）将碳纳米管（CNTs）沉积在高模CF表面,然后与环氧树脂（EP）复合,制备了单向纤维增强层压板（CF/EP复合材料）。使用万能拉力机测试CF/EP复合材料的层间剪切强度（ILSS）,结果表明,在电压为6 V时制备的CF/EP复合材料的ILSS为58.9 MPa,与未经EPD处理的CF/EP复合材料（ILSS=52.2 MPa）相比提高了12.8%。同时,通过EPD制备了海藻酸钠与CNTs共沉积修饰的高模CF,海藻酸钠的加入增加了CNTs与CF表面的黏附性及氧含量,提高了纤维表面对树脂基体的浸润性。当CNTs的质量浓度为0.3 mg/mL、海藻酸钠的质量浓度为1 mg/mL、EPD电压为8 V时,所制备的CF/EP复合材料的ILSS可达68.3 MPa,与未经EPD处理的CF/EP复合材料相比提高了30.8%。     

基于超级电容器的TiN@CNTF电极制备及性能研究

超级电容器因其独特的性能在便携式、可穿戴电子器件领域有着很大的应用潜力。目前对超级电容器的研究主要集中在对超级电容器电极材料的研究上。碳纳米管纤维具有电导率高、力学性能好、柔韧性高等优点,是超级电容器的理想电极材料。但是,碳纳米管纤维电容量的提升被其较小的比表面积所限制。通过在碳纳米管纤维表面生长三维阵列能够有效提高碳管纤维的比表面积,从而增大电容量。因此,采用水热法,在碳纳米管纤维表面成功生长TiO2纳米阵列,并通过氨气氮化获得了TiN@CNTF电极材料。采用三电极测试TiN@CNTF电极在Na2SO4溶液中的比电容达到215.5mF/cm2,有望作为一种柔性超级电容器的负极材料得到应用。     

MnO_2/碳纳米管膜柔性复合材料的制备及其电容性能

为了获得比电容大、工作稳定性高的柔性超级电容器,在碳纳米管膜上利用恒电流沉积法在不同沉积时间和沉积电流密度下沉积MnO_2,制备出了MnO_2/碳纳米管膜柔性超级电容器电极材料.分别利用扫描电镜和X线衍射对所得电极材料的形貌和结构进行表征,并通过恒电流充放电测试和交流阻抗谱研究了复合材料的电容性能.结果表明:复合材料的电容性能可以通过调节MnO_2的沉积电流密度和沉积时间来控制;沉积电流密度为1 A/g、沉积时间为20 min条件下制备所得MnO_2/碳纳米管膜复合材料的比电容可达356 F/g,是纯碳纳米管膜比电容的7.5倍.此外,MnO_2/碳纳米管膜复合材料的比电容经200次充放电循环后维持在初始值的96.6%,显示出良好的循环稳定性,在高性能柔性超级电容器应用方面展现了一定的前景.     

海藻酸钠-碳纳米管凝胶吸附含Cu2+废水的研究

以1-乙基-3(3-二甲基氨基丙基)碳化二亚胺(EDC)为相偶联剂,通过海藻酸钠(SAL)对碳纳米管(CNTS)进行修饰和改性,制备海藻酸钠-碳纳米管凝胶,用于处理含Cu2+废水.考察了pH值、吸附时间、吸附剂量等因素对Cu2+吸附性能的影响,并进一步探讨了吸附动力学及吸附等温线.结果表明,利用海藻酸钠对多壁碳纳米管进行改性,提高了分散性、比表面积和孔径,当pH值为5.8时,吸附率随着吸附时间的增长而增大,80min内达到吸附平衡,吸附过程符合准一级和准二吸附动力学模型,吸附等温线符合Freundlich和Langmuir方程,由Langmuir模型计算可知改性碳纳米管对Cu2+的最大吸附量为87.68mg/g.     

原位生长碳纳米管增强SiC_f/SiC复合材料的力学性能

碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiCf/SiC)是航空航天和聚变能源等高技术领域理想的高温结构材料,改善纤维与基体的界面结合是提高其力学性能的关键。本文采用化学气相沉积法在纤维表面原位生长碳纳米管,以达到改善纤维与基体的结合同时对复合材料进行二次增强的目的。结果表明,采用碳纳米管增强的SiCf/SiC复合材料的力学性能有不同程度的提高,特别是当碳纳米管的体积分数为5.31%时,复合材料的断裂韧性提高106.3%。纤维表面的碳纳米管层与纤维结合较弱,能够促进纤维的拔出,从而促进复合材料断裂韧性的提高;另外,碳纳米管的拔出对复合断裂韧性的提高也有一定的促进作用。     

蒙脱土/海藻酸钠接枝丙烯酸的吸液性能研究

以海藻酸钠、丙烯酸和蒙脱土为主要原料,采用插层聚合法制备了蒙脱土/海藻酸钠接枝丙烯酸复合高吸水性树脂。研究了交联剂用量、引发剂用量、海藻酸钠用量、有机蒙脱土掺入量、丙烯酸中和度等因素对吸液倍率的影响。最佳条件下,复合高吸水性树脂产品MMT/SA-g-PAA对去离子水和0.9%NaCl溶液的吸液倍率分别为865和86g/g。     

RuOx·nH2O在碳管表面的电沉积及其电容性能研究

以石墨底材上直接生长的碳纳米管为基体,采用电化学循环伏安法制备了氧化钌/碳纳米管/石墨电极,通过扫描电子显微镜考察了电极的表面形貌,并在硫酸溶液中研究了其电化学性能.结果表明:氧化钌/碳纳米管/石墨电极具有较好的超电容性能,当RuO2的载量为15.5μg.cm-2时,该复合电极的比电容为215 F.g-1,为相同条件下制备的氧化钌/石墨电极比电容的2.4倍.     

玉米面衍生的三维孔碳电极材料的绿色合成与超级电容器性能

为了获得性能优异的超级电容器电极材料,选择廉价的玉米面作为碳前驱体,利用简单的硬模板方法,以容易水洗去除的碳酸钠为大孔模板、氢氧化钾为活化试剂,制备了兼具大孔、介孔和微孔的三维分级孔碳材料.分别采用扫描电镜、氮气吸附脱附、恒流充放电、循环伏安及交流阻抗等测试方法,对材料的形貌、孔结构和电化学储能性能进行表征.结果表明:所得孔碳材料具有良好的分级孔结构特点,其比表面积高达1 365.2 m2/g.电流密度为0.5 A/g时,比电容高达245 F/g;电流密度为20 A/g时,电容量保持率为93.5%.在5 A/g的电流密度下,循环10 000圈后,电容量仍能保持在97.3%.组装所得对称超级电容器的能量密度和功率密度分别达到29.2 W·h/kg和500.6 W/kg,说明该孔碳材料在超级电容器方面具有很好的应用前景,合成方法成本低、绿色环保,预计能够在大规模制备三维孔碳基纳米材料方面得到广泛应用.     

聚苯胺纳米纤维@还原氧化石墨烯纳米卷复合材料的制备及其在超级电容器中的应用

针对聚苯胺作为赝电容超级电容器电极材料时存在循环稳定性差的问题,设计利用还原氧化石墨烯纳米卷包裹聚苯胺纳米纤维.采用高沸点有机溶剂辅助冷冻干燥法制备了聚苯胺纳米纤维@还原氧化石墨烯纳米卷复合材料,利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能谱分析仪、傅里叶变换红外光谱以及X-射线衍射等对该复合材料的形貌、组成和结构进行表征,并采用循环伏安、恒流充放电、电化学阻抗等方法对其电容性能进行研究.结果表明,利用高沸点有机溶剂辅助冷冻干燥法能够成功将聚苯胺纳米纤维包裹进氧化石墨烯纳米卷中,最终将氧化石墨烯还原后得到聚苯胺纳米纤维@还原氧化石墨烯纳米卷复合材料;该复合材料经过5 000次循环充放电后电容量保持率达到75%;当复合材料中的聚苯胺纳米纤维质量分数为67%时,该复合材料在2.2A/g的电流密度下,质量比电容达到639F/g,表现出优异的电容性能.     

海藻酸钠修饰LDH制备多孔炭及其电化学性质

研究分别以Mg-Al-LDH,Zn-Cr-LDH和Mg-Cr-LDH为模板,海藻酸钠为前驱体在600℃下炭化制备的多孔炭发现,多孔炭的BET比表面积从173m2/g增加到497m2/g,而海藻酸钠自身炭化所得多孔炭的比表面积仅为95m2/g。电化学研究表明,以Mg-Cr-LDH为模板制备的多孔炭(PC—4)电极的循环伏安曲线图形更接近矩形,阴极和阳极过程基本对称;在恒电流充放电实验中,50mA/g的电流密度下PC—4电极的电容为92F/g且电流密度为500mA/g时充放电循环1000次后电容损失小于1%。比表面积、孔结构和电化学研究表明,海藻酸钠修饰LDH制备的多孔炭具有作为超级电容器电极材料的潜在价值。     

CNTs对MH/Ni电池正极电化学性能的影响

采用化学气相沉积法制备碳纳米管,将碳纳米管作为添加剂掺杂制备MH/Ni电池正极,研究了正极中添加不同含量在不同充放电制度下对电化学性能的影响. 结果表明,在30 mA/g恒电流放电条件下,添加了碳纳米管的模拟电池放电性能并没有得到改善,而且比没有添加的要差些;但在60 mA/g恒电流放电条件下,添加碳纳米管的作用比较明显,添加量为质量分数1%的碳纳米管电化学性能较好,在第40和80次循环时放电容量分别为272.2 mAh/g 和260.3 mAh/g,而且放电平台比较平稳.     

松针状碳纳米管/碳纤维复合碳材料的制备及其在锂硫电池中的应用

采用热催化化学气相沉积法,在催化剂前驱体预处理的碳纸碳纤维上沉积碳纳米管。沉积的碳纳米管为多壁碳纳米管,石墨化程度高、分布密度高、比表面积大、管径均匀,微观形貌为松针状。以所制备的CNTs/CF复合材料作为三维多孔电子导体制成锂硫电池,S/CNTs/CF电池首次放电比容量达到1 213.6mAh/g,硫的利用率为72.45%,循环55次后比容量保持在798.4mAh/g,比活性炭电池的电化学性能有显著提高,表明S/CNTs/CF复合材料可以有效地提升锂硫电池的循环性能。     

聚乳酸/羟基磷灰石复合纤维膜制备及其对水中氟离子的吸附

以聚乳酸(polylactic acisd,PLLA)/羟基磷灰石(hydroxyapatite,HAP)/四氢呋喃(tetrahydrofuran,THF)为淬火溶液,无其他添加剂条件下,通过-20℃低温淬火、萃取、洗涤和干燥得到直径为400~700 nm PLLA/HAP复合纤维膜。研究了PLLA/HAP比例、聚合物浓度等条件对纤维形貌影响。实验结果表明,纯PLLA为"哑铃状"捆束结构,结晶度、比表面积和孔隙率分别为40. 71%、11. 23 m~2/g和95. 12%。加入无机物HAP后,PLLA/HAP(5/5)复合纤维膜的结晶度、比表面积和孔隙率分别降低到24. 12%、8. 01 m~2/g和82. 12%。主要因为HAP加入阻碍了PLLA分子链的有序规整堆积,影响PLLA的结晶。研究PLLA/HAP复合纤维膜对氟离子的吸附性能。实验结果表明,拟二级动力学和Langmuir模型更适合该吸附体系。纤维膜对氟离子的最大吸附容量为6. 06 mg/g,纤维膜对氟离子的吸附更趋于单层吸附且化学吸附占主导地位。纤维膜重复使用5次后,吸附效率仍然保持在87. 67%。