石墨烯/再生纤维素复合纤维制备及其在传感器领域的应用
发布时间：2022-01-02 14:04
本课题采用湿法纺丝技术纺制石墨烯/再生纤维素复合纤维,使复合纤维素纤维具有导电、导热等功能性,并探究了该复合纤维在传感器领域的应用,进一步扩大了石墨烯作为纺织材料的应用范围。本课题的主要研究内容如下:（1）以纤维素浆粕为原料,N,N—二甲基乙酰胺为溶剂,配置浓度为4%的纤维素溶液作为微型湿法纺丝机的纺丝液进行纺丝。通过浓度、凝固浴温度、凝固时间等单一变量实验,得到湿法纺丝的最佳工艺条件—纺丝液浓度为4%,凝固浴温度为30℃,最佳凝固时间为1.5小时以上,牵伸比例为1.3倍。（2）以纤维素溶液为基体纺丝液,将石墨烯混入基体纺丝液,设定石墨烯占纤维素的比例分别为10%、15%、20%、25%、30%,再通过搅拌超声获得均质混合纺丝液,在实验室湿法纺丝机制备不同石墨烯含量的复合纤维材料。扫描电镜结果显示,随着石墨烯含量的增加,复合纤维表面的褶皱增多,与石墨烯含量增加相呼应;红外光谱说明了复合纤维中石墨烯的存在;机械性能测试实验表明,复合纤维的机械性能随着石墨烯含量的增加呈现先增加后减小趋势;当石墨烯浓度为25%时,复合纤维的电导率为1.77×10-2S/cm,经水洗或者日晒后,电导率变化不大...
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
湿法纺丝纺丝工艺示意图
青岛大学硕士学位论文液可进行加热以降低其黏度[26]。由于本课题纺丝工艺路线长，耗费时间久，需考虑纤维素溶液的较长时间保存问题，纤维素溶液需长期置于室温下，做实验的时候直接加热即可，所以本课题选择此溶解方法[3]。以下是纤维素在 LiC1／DMAc 溶解体系中的溶解反应式，DMF 分子中含有电负性极高的含有孤对电子的 N 和 O 原子，当 DMF 与氯化锂相遇时，DMF 中的孤对电子与氯化锂相互作用，生成 Li-O 配位键，此时锂离子与氯离子之间的电荷分布发生变化，负电荷更多的聚集到氯离子处，因此氯离子与纤维素上羟基的结合能力提高，纤维素、DMAc、LiCI 之间形成了氢键，因而也使纤维素能以大分子形式存在，得到真溶液。
图 2-1 纺丝工艺示意图2.3 纺丝条件探讨2.3.1 纺丝液浓度在湿法纺丝中，纺丝溶液需具有一定的浓度才能纺出纤维。否则太稀，成纤聚合物的浓度过低，则不容易在凝固浴中析出；粘度太大，则造成聚合体系不均匀，纺丝液会直接堵塞喷丝板，成纤聚合物也无法形成纤维。所以合适的浓度是纺制出均匀、连续纤维的前提条件。本实验中设置 2%、3%、4%、5%、6%共 5 组浓度梯度，分别按照 2.2.2 中溶解方法进行溶解，待静置过后，将所得纺丝液在湿法纺丝机上纺制纤维，设置相同的牵伸倍数，通过测试所得纤维的断裂强度比较选出最佳浓度。2.3.2 牵伸工艺在湿法纺丝过程中，对纤维进行牵伸才能使纤维中的大分子链沿着纤维主轴的
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯/纤维素复合材料的制备及应用[J]. 高玉荣,黄培,孙佩佩,吴敏,黄勇. 化学进展. 2016(05)
[2]石墨烯量子点与纤维素构筑的蓝色发光水凝胶研究[J]. 李杰,孟献瑞,翟翠萍,刘迎秋,马宁,于锦华,张文凯. 广州化工. 2015(23)
[3]石墨烯复合纳米晶纤维素制备阻燃薄膜的研究[J]. 董军,吴莉莉,代正伟. 嘉兴学院学报. 2014(06)
[4]石墨烯纤维研究进展[J]. 胡晓珍,高超. 中国材料进展. 2014(08)
[5]石墨烯和氧化石墨烯在纺织印染中的应用[J]. 赵兵,祁宁. 印染. 2014(05)
[6]基于富勒烯类材料太阳能电池研究进展[J]. 李萌,王传坤,李晨希,王金淼,马恒. 电子元件与材料. 2013(02)
[7]温度、风速对湿度传感器响应时间影响的研究[J]. 陈振林,杨小涛,周庆福. 国外电子测量技术. 2012(06)
[8]微弧等离子喷涂碳纳米管/纳米Al2O3-TiO2复合涂层高温性能研究[J]. 汪刘应,徐卓,华绍春,刘顾. 无机材料学报. 2011(03)
[9]碳纳米管气体传感器研究进展[J]. 程应武,杨志,魏浩,王艳艳,魏良明,张亚非. 物理化学学报. 2010(12)
[10]壳聚糖纺丝原液性能及其湿法纺丝工艺[J]. 张红,张雯佳,赵国樑. 纺织学报. 2010(08)
博士论文
[1]氧化石墨烯的湿敏特性及其在微纳湿度传感器上的应用[D]. 姚尧.西南交通大学 2013
[2]聚丙烯腈湿法纺丝凝固过程的研究[D]. 陈娟.山东大学 2006
[3]α—纤维素膜的制备、性能及应用研究[D]. 吴江.中国科学院研究生院（大连化学物理研究所） 2002
硕士论文
[1]柔性可纺织涂碳纤维导电/传感性能研究[D]. 廖丽芳.浙江理工大学 2010
[2]智能型柔性传感器的导电性与响应性能研究[D]. 刘敏.东华大学 2009
本文编号：3564309
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
湿法纺丝纺丝工艺示意图
青岛大学硕士学位论文液可进行加热以降低其黏度[26]。由于本课题纺丝工艺路线长，耗费时间久，需考虑纤维素溶液的较长时间保存问题，纤维素溶液需长期置于室温下，做实验的时候直接加热即可，所以本课题选择此溶解方法[3]。以下是纤维素在 LiC1／DMAc 溶解体系中的溶解反应式，DMF 分子中含有电负性极高的含有孤对电子的 N 和 O 原子，当 DMF 与氯化锂相遇时，DMF 中的孤对电子与氯化锂相互作用，生成 Li-O 配位键，此时锂离子与氯离子之间的电荷分布发生变化，负电荷更多的聚集到氯离子处，因此氯离子与纤维素上羟基的结合能力提高，纤维素、DMAc、LiCI 之间形成了氢键，因而也使纤维素能以大分子形式存在，得到真溶液。
图 2-1 纺丝工艺示意图2.3 纺丝条件探讨2.3.1 纺丝液浓度在湿法纺丝中，纺丝溶液需具有一定的浓度才能纺出纤维。否则太稀，成纤聚合物的浓度过低，则不容易在凝固浴中析出；粘度太大，则造成聚合体系不均匀，纺丝液会直接堵塞喷丝板，成纤聚合物也无法形成纤维。所以合适的浓度是纺制出均匀、连续纤维的前提条件。本实验中设置 2%、3%、4%、5%、6%共 5 组浓度梯度，分别按照 2.2.2 中溶解方法进行溶解，待静置过后，将所得纺丝液在湿法纺丝机上纺制纤维，设置相同的牵伸倍数，通过测试所得纤维的断裂强度比较选出最佳浓度。2.3.2 牵伸工艺在湿法纺丝过程中，对纤维进行牵伸才能使纤维中的大分子链沿着纤维主轴的
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯/纤维素复合材料的制备及应用[J]. 高玉荣,黄培,孙佩佩,吴敏,黄勇. 化学进展. 2016(05)
[2]石墨烯量子点与纤维素构筑的蓝色发光水凝胶研究[J]. 李杰,孟献瑞,翟翠萍,刘迎秋,马宁,于锦华,张文凯. 广州化工. 2015(23)
[3]石墨烯复合纳米晶纤维素制备阻燃薄膜的研究[J]. 董军,吴莉莉,代正伟. 嘉兴学院学报. 2014(06)
[4]石墨烯纤维研究进展[J]. 胡晓珍,高超. 中国材料进展. 2014(08)
[5]石墨烯和氧化石墨烯在纺织印染中的应用[J]. 赵兵,祁宁. 印染. 2014(05)
[6]基于富勒烯类材料太阳能电池研究进展[J]. 李萌,王传坤,李晨希,王金淼,马恒. 电子元件与材料. 2013(02)
[7]温度、风速对湿度传感器响应时间影响的研究[J]. 陈振林,杨小涛,周庆福. 国外电子测量技术. 2012(06)
[8]微弧等离子喷涂碳纳米管/纳米Al2O3-TiO2复合涂层高温性能研究[J]. 汪刘应,徐卓,华绍春,刘顾. 无机材料学报. 2011(03)
[9]碳纳米管气体传感器研究进展[J]. 程应武,杨志,魏浩,王艳艳,魏良明,张亚非. 物理化学学报. 2010(12)
[10]壳聚糖纺丝原液性能及其湿法纺丝工艺[J]. 张红,张雯佳,赵国樑. 纺织学报. 2010(08)
博士论文
[1]氧化石墨烯的湿敏特性及其在微纳湿度传感器上的应用[D]. 姚尧.西南交通大学 2013
[2]聚丙烯腈湿法纺丝凝固过程的研究[D]. 陈娟.山东大学 2006
[3]α—纤维素膜的制备、性能及应用研究[D]. 吴江.中国科学院研究生院（大连化学物理研究所） 2002
硕士论文
[1]柔性可纺织涂碳纤维导电/传感性能研究[D]. 廖丽芳.浙江理工大学 2010
[2]智能型柔性传感器的导电性与响应性能研究[D]. 刘敏.东华大学 2009
本文编号：3564309
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