纳米纤维素/石墨烯复合材料的构建及其电性能研究
发布时间：2021-06-05 07:36
纳米纤维素是一种从天然纤维素中提取出的具有高比表面积、低密度、高强度以及高弹性模量等优异性能的天然高分子材料,兼具绿色无毒害、几乎取之不尽用之不竭的巨大优势,在电子设备以及储能器件领域拥有广阔的应用前景。然而,纳米纤维素作为一种绝缘材料,无法直接用于电子元器件或储能设备中,提高纳米纤维素基材料的导电性成为了一项重要课题。研究者们开展了大量工作以提高纳米纤维素基材料的导电性,其中将导电材料与纳米纤维素复合,或是将纳米纤维素进行炭化处理是两种主要方式。将石墨烯与纳米纤维素复合能有效提高纳米纤维素基复合材料电导率,并能充分利用纳米纤维素基体的结构特性,防止石墨烯片层间由于范德华力导致的重堆叠效应。本论文采用2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基（TEMPO）氧化法制备的纳米纤维素（TOCN）作为基体,分别与氧化石墨烯（GO）、还原氧化石墨烯（RGO）以及经三乙醇胺法剥离的天然石墨烯（PG）制备了TOCN/GO、TOCN/RGO和TOCN/PG复合膜,对三种复合膜的结构与导电性做了深入研究;然后,制备了TOCN/PG和TOCN/GO复合气凝胶并进行了炭化,分别将炭化后的两种气凝胶作为工作电极,探...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤维素的多级结构图
属螺钉悬挂于单根 NFC:SWNT 细纤维，（b）NFC:Sc）NFC:SWNT 导电纳米纸，（d）NFC:SWNT 气凝胶tograph of (a) a metal screw suspended using a single Nb) a light emitting diode operating using two single NFs cables, and (c) the conductive nanopapers. (d) SEM imNFC:SWNT aerogel等人[34]采用高碘酸氧化、冷冻诱导交联制备出一种低毫米级 NFC 气凝胶，介于这种气凝胶表面的多孔结）的方法将羧酸化的 SWNTs 修饰到 NFC 气凝胶表面达到 1.6 mS/cm，且导电率不受气凝胶的压缩影响，小的接触面积。此外，LbL 薄膜电流密度为 2 kA/电容器电极，其比电容为 9.8 F/g，在 50 次充放电循不变。一种潜在的新型电子材料引起了人们极大的兴趣，碳材料，具有优异的电化学性能。因为石墨烯的比
自堆积的现象形成了具有石墨特征的石墨烯材料[37]，比表面积显著低于理论值。纳米纤维素具有适当的纳米结构，良好的亲水性，可以有效的阻止石墨烯片层间的不可逆堆积，同时与其它纳米粒子和高分子相比，纳米纤维素还具有密度低、价廉、生物相容性好等优点。因此将纳米纤维素与石墨烯复合不仅可以阻止石墨烯片层的堆积，还可以诱导高分子取向，增强界面结合力，提高复合材料机械性能。制备纳米纤维素/石墨烯复合材料的一种常用的方法就是先制备纳米纤维素/GO 复合材料，然后通过还原得到纳米纤维素/还原氧化石墨烯（RGO）复合材料。Tsukruk 等人[38]为了改善 GO 和纳米纤维素间的离子间作用力，用 PEI 修饰过的 CNC 通过 LbL 的方法与不同含量的 GO 复合成膜，得到透光率高和机械性能强的复合膜，然后对复合膜进行还原，得到 CNC/RGO 导电纳米纸。还原后的复合膜的机械性能有了显著的提高，应力达到了约 655 MPa，弹性模量高达约169 GPa，是以往所报道的石墨烯基复合材料所达不到的。此外，当 RGO 含量为 56.8%时，导电率高达 5000 S/m。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Graphene as a High-capacity Anode Material for Lithium Ion Batteries[J]. 柳红东,黄佳木,LI Xinlu,LIU Jia,ZHANG Yuxin. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science Edition）. 2013(02)
[2]纤维素纳米纤丝研究进展[J]. 卿彦,蔡智勇,吴义强,李贤军. 林业科学. 2012(07)
博士论文
[1]纤维素纳米纤维在储能材料上的基础应用研究[D]. 高可政.北京理工大学 2014
本文编号：3211739
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤维素的多级结构图
属螺钉悬挂于单根 NFC:SWNT 细纤维，（b）NFC:Sc）NFC:SWNT 导电纳米纸，（d）NFC:SWNT 气凝胶tograph of (a) a metal screw suspended using a single Nb) a light emitting diode operating using two single NFs cables, and (c) the conductive nanopapers. (d) SEM imNFC:SWNT aerogel等人[34]采用高碘酸氧化、冷冻诱导交联制备出一种低毫米级 NFC 气凝胶，介于这种气凝胶表面的多孔结）的方法将羧酸化的 SWNTs 修饰到 NFC 气凝胶表面达到 1.6 mS/cm，且导电率不受气凝胶的压缩影响，小的接触面积。此外，LbL 薄膜电流密度为 2 kA/电容器电极，其比电容为 9.8 F/g，在 50 次充放电循不变。一种潜在的新型电子材料引起了人们极大的兴趣，碳材料，具有优异的电化学性能。因为石墨烯的比
自堆积的现象形成了具有石墨特征的石墨烯材料[37]，比表面积显著低于理论值。纳米纤维素具有适当的纳米结构，良好的亲水性，可以有效的阻止石墨烯片层间的不可逆堆积，同时与其它纳米粒子和高分子相比，纳米纤维素还具有密度低、价廉、生物相容性好等优点。因此将纳米纤维素与石墨烯复合不仅可以阻止石墨烯片层的堆积，还可以诱导高分子取向，增强界面结合力，提高复合材料机械性能。制备纳米纤维素/石墨烯复合材料的一种常用的方法就是先制备纳米纤维素/GO 复合材料，然后通过还原得到纳米纤维素/还原氧化石墨烯（RGO）复合材料。Tsukruk 等人[38]为了改善 GO 和纳米纤维素间的离子间作用力，用 PEI 修饰过的 CNC 通过 LbL 的方法与不同含量的 GO 复合成膜，得到透光率高和机械性能强的复合膜，然后对复合膜进行还原，得到 CNC/RGO 导电纳米纸。还原后的复合膜的机械性能有了显著的提高，应力达到了约 655 MPa，弹性模量高达约169 GPa，是以往所报道的石墨烯基复合材料所达不到的。此外，当 RGO 含量为 56.8%时，导电率高达 5000 S/m。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Graphene as a High-capacity Anode Material for Lithium Ion Batteries[J]. 柳红东,黄佳木,LI Xinlu,LIU Jia,ZHANG Yuxin. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science Edition）. 2013(02)
[2]纤维素纳米纤丝研究进展[J]. 卿彦,蔡智勇,吴义强,李贤军. 林业科学. 2012(07)
博士论文
[1]纤维素纳米纤维在储能材料上的基础应用研究[D]. 高可政.北京理工大学 2014
本文编号：3211739
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3211739.html
