微米碳螺旋纤维功能材料的制备及其电学特性研究

发布时间：2019-09-13 05:07

【摘要】：作为一种新型的碳材料,螺旋碳纤维(CMC)除了具有一般碳纤维的低密度、高强度、耐腐蚀、耐高温、耐摩擦、导电等优异性能外,其特殊的3D螺旋结构使其具有优异的力学性能、电学性能,可用作微型传感器、微机械弹簧、储氢材料、催化剂、超级电容器等领域,具有广泛前景。本文采用气相沉积法(CVD)制备螺旋碳纤维,同时对其结构进行表征,并对其复合材料的电学性能进行研究,主要内容如下:本文采用CVD法制备了高纯度的螺旋碳纤维。Raman光谱表明所制备CMC在其组成上存在着非晶碳和石墨片层,其中石墨片晶面间距明显大于标准的石墨结构及其乱层结构的晶面间距,拉曼峰ID/IG=0.841,说明微观结构有序性较差,呈现长程无序性。本文研究了有序螺旋碳纤维/硅橡胶复合材料在不同外力负载下的阻抗变化特性。结果显示:有序排列的CMCs具有良好的电容性能,在低频区,其阻抗值均随着负载的增大而减小,但是CMCs含量少的试样表现出对负载变化更好的敏感性。掌握阻抗变化规律对于实现将CMCs用作传感元件有重要价值。本文采用微波加热法制备出Mn OOH/CMC复合材料,用其作电极材料,并研究其储电性能。伏安循环曲线和充放电曲线显示其具有较高的赝电容,并且当扫描速度为2m V s-1时,比电容达396F g-1;在1.2A g-1的电流密度下,最初比电容为206F g-1,接着电容缓慢上升到220F g-1,1000次循环后,比电容仍为214F g-1,显示出优异的充放电循环稳定性。电化学阻抗频谱(EIS)谱由高频区半圆,中频区半圆弧与低频区的一条斜线组成,鉴于阻抗谱特点,提出等效电路图对电容体系进行模拟分析。研究结果展现Mn OOH/CMC是一种良好的超级电容器电极的候选材料。最后、本文利用电泳沉积法(EPD)成功地制备了Mn O2/CMC复合材料,通过XRD、Raman和XPS等多种表征手段其形貌。我们测试研究了Mn O2/CMC复合材料的电容性能,测得在5m V s-1扫描电压下电容值可达115F g-1,在0.2A g-1电流密度循环200圈后电容量降到96.7F g-1,为原先电容量的89.5%,显示出较好的循环稳定性。
【图文】：

图 1-1 基体法制备纳米碳纤维的设备简图Fig 1-1 The sketch of seed based method producing carbon nano-fib(如图 1-2）是将催化剂混于苯等液态有机物中，在外力的混合液喷洒到高温反应室中。此法虽可实现连续反应体比例难以控制，催化剂颗粒分布不均匀，因此制备纯

图 1-1 基体法制备纳米碳纤维的设备简图Fig 1-1 The sketch of seed based method producing carbon nano-fibers淋法(如图 1-2）是将催化剂混于苯等液态有机物中，在外力作用下化剂的混合液喷洒到高温反应室中。此法虽可实现连续反应，但对于类气体比例难以控制，催化剂颗粒分布不均匀，因此制备纯度不高。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ342.74;TB34

【参考文献】

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本文编号：2535592