碳纳米管浓度对CNT@BC纳米复合膜的理化及电化学性能的影响

发布时间：2021-04-15 13:51

　　为了使细菌纤维素（BC）具有一定的导电性能,采用静态原位培养法,将BC与碳纳米管（CNT）原位培养,得到具有导电性能的CNT@BC纳米复合膜。通过对0.05%（w/V）、0.15%（w/V）和0.25%（w/V）不同浓度CNT培养的CNT@BC复合膜的形貌、匀度与厚度、力学性能、红外、孔径及比表面积、热重、CV、LSV、EIS表征,探究CNT浓度对CNT@BC纳米复合膜的理化及电化学性能的影响。结果表明,CNT的加入对BC膜的杨氏模量有增强作用,CNT浓度越大则复合膜力学性能越强;CNT提高了BC膜的热稳定性,且随着CNT浓度的增加,复合膜的热稳定性越高;加入CNT后,复合膜的孔径增大,比表面积降低。电化学分析可知CNT增加了复合膜的电导率,并且电导率随着CNT浓度的增大而增大,其中0.15%CNT@BC复合膜的电流密度最大（4.17m A/cm2）、起峰电位最早（-0.02VRHE）,这说明0.15%CNT@BC复合膜具有优异的电化学性能,在电化学领域具有良好的应用前景。 

【文章来源】：纤维素科学与技术. 2020,28(04)CSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

不同CNT@BC纳米复合膜的宏观形貌及SEM微观结构

图2显示了不同浓度的CNT@BC纳米复合膜的厚度。由图可知，添加了CNT后复合膜的厚度有所增加，BC的膜厚度稳定在1.90 mm左右，添加了0.05%(w/V)CNT后，膜厚增加至2.90 mm左右，随着CNT浓度的增加，膜厚呈减小趋势，0.15%(w/V）与0.25%(w/V）的CNT@BC复合膜的厚度降至2.75 nm和2.5 nm。原因可能是少量或适量CNT的加入对BC纤维的生长有协同作用，而过量的CNT对BC纤维的生长有轻微抑制作用[24]。2.1.3 力学性能

以CNT@BC复合膜纯化后的湿膜进行拉力测试，如图3a所示，加入了CNT后，BC复合膜的应力应变曲线有了明显的变化，0.05%(w/V）、0.15%(w/V）和0.25%(w/V）的CNT@BC曲线斜率均大于纯BC的曲线斜率，其中0.15%CNT@BC和0.25%CNT@BC的斜率相似且最大，说明CNT的加入对BC膜的杨氏模量有增强作用。由图可知，随着CNT浓度的不断增加曲线的斜率也逐渐增加，说明CNT与复合膜的杨氏模量成正相关，原因是碳纳米管自身具有优异的力学性质，加之碳纳米管彼此之间相互缠绕，在一定程度上增加了复合膜的力学性能。图3b～3d分别为不同浓度CNT@BC复合膜的拉伸强度、断裂拉伸率、杨氏模量的统计图。由图可知，纯BC的断裂伸长率较大，原因是BC纤维在拉力测试时，首先经历的是纤维的不断拉伸，BC纤维具有一定的韧性，拉伸到一段程度下发生断裂。加入CNT后断裂伸长率明显减小，说明CNT增加了BC膜的刚性，原因是BC纤维包裹碳纳米管微球生长，其自身相互缠绕的结构就减少了，膜的韧性降低刚性增加。0.15%CNT@BC和0.25%CNT@BC复合膜的拉伸强度均大于纯膜，说明随着CNT的负载量进一步增大，CNT@BC纳米复合膜的机械性能更强。2.1.4 红外光谱分析

【参考文献】：
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本文编号：3139457