碳纤维纸基复合材料研究进展
发布时间：2021-09-24 10:16
碳纤维纸基复合材料是使用短切碳纤维与植物纤维或含有羟基等功能基团的纤维,通过湿法造纸工艺制备的具有特殊性能的功能复合材料,在导电、电磁屏蔽,导热,摩擦及电极等领域均已得到应用。随着应用推广的不断深入,引入碳纳米管/石墨烯的碳纤维纸基复合材料的研究和开发也逐渐成为研究热点。本文对近年国内外碳纤维纸基复合材料的研究进展进行了归纳总结,以期为碳纤维纸基复合材料的研究开发提供参考。
【文章来源】：中国造纸. 2020,39(07)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
水热法碳纤维负载ZnO纳米线增强纸基摩擦材料研究
Pt/VACNTs/CFP制造过程工艺示意图
在碳纤维纸基复合材料应用于超级电容器电极方面，Chang等人[29]采用种子诱导水热法在碳纤维纸（CFP@Cu-BTC）上制备了Cu-benzene-1,3,5-tricarbox‐ylate(Cu-BTC）涂层，以提高纯Cu-BTC的热导率和电导率。研究了CFP@Cu-BTC复合材料在3、9、18和24 h内的电导率、有效导热系数（ETC）。结果表明，电导率比纯铜BTC高1.3×1011～1.6×1011倍。CFP@CuBTC复合材料是一种很有前途的储氢材料和超电容器电极材料。Esmaeil等人[30]用Nb掺杂TiO2溶胶（锐钛矿相）对碳纤维纸（StracrabTM TM 2050A—0850）进行氧化处理和浸渍涂布，以提高碳纤维纸在催化剂层和气体扩散背衬层界面上的耐腐蚀性。研究表明，涂覆有Nb掺杂TiO2层的碳纤维纸显示出最高的朝向电化学氧化的稳定性，而未涂覆的功能化碳纤维纸由于大量可用的氧化位点是最不稳定的。Dang等人[31]采用超薄纳米片阵列结构，通过简单的氧化还原反应在碳纤维纸（CFP）上自生长MnO2，制备MnO2/CFP复合材料用作超级电容器电极。研究结果显示，MnO2/CFP电极在5.0 A/g循环1200次后，比电容保持率为86.8%,MnO2在CFP上的纳米片形貌使其具有更高效的电活性位点，有利于电解质的渗透，使离子更容易进入活性反应位点。因此，MnO2/CFP电极具有诱人的电化学性能，是超级电容器的潜在候选材料。Zhang等人[32]采用等离子体增强化学气相沉积法在碳纤维纸（CFP）上生长垂直排列的碳纳米管（VACNTs），作为甲醇燃料电池（DMFCs）的催化剂载体材料（见图3）。同时，采用浸渍还原法制备了均匀分散在VACNTs表面的P纳米颗粒，使其具有良好的稳定性取向性，复合材料导电性更好。电化学测试结果表明，Pt/VACNTs/CFP催化剂具有较高的电催化活性和较好的甲醇氧化稳定性。此外，Pt/VACNTs/CFP比Pt/XC-72/CFP催化剂的氧化电流从200 s到1200 s衰减得更慢，表明吸附CO物种的积累较少，Pt/VACNTs/CFP在DMFCs中具有巨大的应用潜力。由此可见，碳纤维纸因其较高的比表面积、优良的导电性能，作为电极材料具有良好的应用前景；然而，其较低的比电容无法满足实际应用对高能量密度的要求，目前通过改变碳纤维或者碳纳米管形貌、复合金属氧化物、引入杂原子等方法来提高碳材料的比电容，使其成为更具应用潜力的电极材料。同时，碳基材料形成的双电层电容器一般具有高的功率密度、优异的循环稳定性、长循环寿命特性和更优良的导电性能，纳米级碳基材料在增强超级电容器电容和提高能量密度上具有明显作用。碳纤维纸基复合材料作为电极，用于未来储能器件超级电容器领域占有优势，在军事、混合动力汽车、智能仪表等诸多领域具有广泛的应用前景。图3 Pt/VACNTs/CFP制造过程工艺示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚吡咯/碳纤维纸电热复合材料的制备及性能[J]. 汤龙其,令旭霞,王士华,郭帅,龙柱. 复合材料学报. 2020(06)
[2]电磁屏蔽复合纸的制备及其性能研究[J]. 刘继春,黄仲雷,唐艳军. 纸和造纸. 2019(04)
[3]高导电、导热碳纸的制备及性能表征[J]. 王亚丽,胡蓉蓉,华飞果,童树华,许跃,马昌,史景利. 中国造纸. 2019(07)
[4]木质素基碳纤维研究进展[J]. 曹其平,周景辉. 中国造纸. 2019(06)
[5]短切碳纤维最佳分散工艺研究[J]. 华飞果,吴帅,童树华,史景利. 中国造纸. 2019(04)
[6]碳纤维纸的电热性能研究[J]. 李红斌,房桂干,施英乔,邓拥军,沈葵忠,丁来保,韩善明,焦健,田庆文. 中国造纸. 2019(03)
[7]基于湿法造纸工艺制备碳纤维增强热塑性树脂复合材料的研究[J]. 颜鑫,王习文. 中国造纸. 2018(08)
[8]碳纳米管/纤维素纤维复合纸及其电磁屏蔽性能研究[J]. 张永翔,孙晓刚,庞志鹏,邱治文. 化工新型材料. 2017(09)
[9]ZnO晶须对碳纤维增强纸基摩擦材料性能的影响[J]. 费杰,张浩,董立社,张立洁,黄剑锋,罗丹. 陕西科技大学学报(自然科学版). 2017(01)
[10]氧化石墨烯改性质子交换膜燃料电池用炭纤维纸[J]. 李宏斌,杨飘飘,谢志勇,陈建勋,黄启忠. 粉末冶金材料科学与工程. 2016(06)
硕士论文
[1]碳纤维改性及其纸基摩擦材料的制备与性能研究[D]. 张国亮.江南大学 2019
[2]燃料电池用碳纤维纸的制备与性能研究[D]. 桑明珠.江南大学 2018
[3]碳纤维纸基屏蔽材料的制备与性能研究[D]. 邹文俊.陕西科技大学 2017
[4]碳纤维复合导电纸的制备与应用[D]. 施云舟.东华大学 2014
本文编号：3407581
【文章来源】：中国造纸. 2020,39(07)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
水热法碳纤维负载ZnO纳米线增强纸基摩擦材料研究
Pt/VACNTs/CFP制造过程工艺示意图
在碳纤维纸基复合材料应用于超级电容器电极方面，Chang等人[29]采用种子诱导水热法在碳纤维纸（CFP@Cu-BTC）上制备了Cu-benzene-1,3,5-tricarbox‐ylate(Cu-BTC）涂层，以提高纯Cu-BTC的热导率和电导率。研究了CFP@Cu-BTC复合材料在3、9、18和24 h内的电导率、有效导热系数（ETC）。结果表明，电导率比纯铜BTC高1.3×1011～1.6×1011倍。CFP@CuBTC复合材料是一种很有前途的储氢材料和超电容器电极材料。Esmaeil等人[30]用Nb掺杂TiO2溶胶（锐钛矿相）对碳纤维纸（StracrabTM TM 2050A—0850）进行氧化处理和浸渍涂布，以提高碳纤维纸在催化剂层和气体扩散背衬层界面上的耐腐蚀性。研究表明，涂覆有Nb掺杂TiO2层的碳纤维纸显示出最高的朝向电化学氧化的稳定性，而未涂覆的功能化碳纤维纸由于大量可用的氧化位点是最不稳定的。Dang等人[31]采用超薄纳米片阵列结构，通过简单的氧化还原反应在碳纤维纸（CFP）上自生长MnO2，制备MnO2/CFP复合材料用作超级电容器电极。研究结果显示，MnO2/CFP电极在5.0 A/g循环1200次后，比电容保持率为86.8%,MnO2在CFP上的纳米片形貌使其具有更高效的电活性位点，有利于电解质的渗透，使离子更容易进入活性反应位点。因此，MnO2/CFP电极具有诱人的电化学性能，是超级电容器的潜在候选材料。Zhang等人[32]采用等离子体增强化学气相沉积法在碳纤维纸（CFP）上生长垂直排列的碳纳米管（VACNTs），作为甲醇燃料电池（DMFCs）的催化剂载体材料（见图3）。同时，采用浸渍还原法制备了均匀分散在VACNTs表面的P纳米颗粒，使其具有良好的稳定性取向性，复合材料导电性更好。电化学测试结果表明，Pt/VACNTs/CFP催化剂具有较高的电催化活性和较好的甲醇氧化稳定性。此外，Pt/VACNTs/CFP比Pt/XC-72/CFP催化剂的氧化电流从200 s到1200 s衰减得更慢，表明吸附CO物种的积累较少，Pt/VACNTs/CFP在DMFCs中具有巨大的应用潜力。由此可见，碳纤维纸因其较高的比表面积、优良的导电性能，作为电极材料具有良好的应用前景；然而，其较低的比电容无法满足实际应用对高能量密度的要求，目前通过改变碳纤维或者碳纳米管形貌、复合金属氧化物、引入杂原子等方法来提高碳材料的比电容，使其成为更具应用潜力的电极材料。同时，碳基材料形成的双电层电容器一般具有高的功率密度、优异的循环稳定性、长循环寿命特性和更优良的导电性能，纳米级碳基材料在增强超级电容器电容和提高能量密度上具有明显作用。碳纤维纸基复合材料作为电极，用于未来储能器件超级电容器领域占有优势，在军事、混合动力汽车、智能仪表等诸多领域具有广泛的应用前景。图3 Pt/VACNTs/CFP制造过程工艺示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚吡咯/碳纤维纸电热复合材料的制备及性能[J]. 汤龙其,令旭霞,王士华,郭帅,龙柱. 复合材料学报. 2020(06)
[2]电磁屏蔽复合纸的制备及其性能研究[J]. 刘继春,黄仲雷,唐艳军. 纸和造纸. 2019(04)
[3]高导电、导热碳纸的制备及性能表征[J]. 王亚丽,胡蓉蓉,华飞果,童树华,许跃,马昌,史景利. 中国造纸. 2019(07)
[4]木质素基碳纤维研究进展[J]. 曹其平,周景辉. 中国造纸. 2019(06)
[5]短切碳纤维最佳分散工艺研究[J]. 华飞果,吴帅,童树华,史景利. 中国造纸. 2019(04)
[6]碳纤维纸的电热性能研究[J]. 李红斌,房桂干,施英乔,邓拥军,沈葵忠,丁来保,韩善明,焦健,田庆文. 中国造纸. 2019(03)
[7]基于湿法造纸工艺制备碳纤维增强热塑性树脂复合材料的研究[J]. 颜鑫,王习文. 中国造纸. 2018(08)
[8]碳纳米管/纤维素纤维复合纸及其电磁屏蔽性能研究[J]. 张永翔,孙晓刚,庞志鹏,邱治文. 化工新型材料. 2017(09)
[9]ZnO晶须对碳纤维增强纸基摩擦材料性能的影响[J]. 费杰,张浩,董立社,张立洁,黄剑锋,罗丹. 陕西科技大学学报(自然科学版). 2017(01)
[10]氧化石墨烯改性质子交换膜燃料电池用炭纤维纸[J]. 李宏斌,杨飘飘,谢志勇,陈建勋,黄启忠. 粉末冶金材料科学与工程. 2016(06)
硕士论文
[1]碳纤维改性及其纸基摩擦材料的制备与性能研究[D]. 张国亮.江南大学 2019
[2]燃料电池用碳纤维纸的制备与性能研究[D]. 桑明珠.江南大学 2018
[3]碳纤维纸基屏蔽材料的制备与性能研究[D]. 邹文俊.陕西科技大学 2017
[4]碳纤维复合导电纸的制备与应用[D]. 施云舟.东华大学 2014
本文编号：3407581
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