单壁碳纳米管纤维的纯化制备及热发光性能研究

发布时间：2017-12-13 17:14

  本文关键词：单壁碳纳米管纤维的纯化制备及热发光性能研究

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【摘要】：碳纳米管纤维由于其良好的电学和力学性能,宏观可操控性等因素而具有多功能化应用的潜力,如高强度复合材料、致动器、超级电容器、锂离子电池、纳米发电机、传感器等。目前碳纳米管纤维合成已经连续制备,然而批量化生产的碳纳米管中存在大量杂质,包括催化剂颗粒和非晶碳,这些杂质的存在严重制约其性能进而限制其应用,因此在实际应用中需对其进行纯化处理。本文提出一种电流注入结合酸处理的纯化方法,该方法直接对碳纳米管纤维进行处理,能使纤维的纯度明显提高,纯化后纤维的电导率和抗拉强度均有所提升。使用上诉方法纯化后的直丝纤维制备成螺旋状纤维,并将其作为灯丝材料组装成发光元件,该灯丝材料具有可拉伸,可弯曲的特性,可将其应用于可拉伸、可随意造型的热光源。主要的工作内容和结论如下所述:基于化学气相沉积方法制备出单壁碳纳米管薄膜,借助于马达纺丝技术采用干纺方式分别制备单壁碳纳米管直丝纤维和螺旋纤维。提出一种电流注入结合酸处理纯化碳纳米管纤维的方法。瞬时高电流产生的焦耳热使碳纳米管表面的非晶碳氧化,暴露出碳杂质包裹的的碳管束和未反应的铁催化剂颗粒,同时使铁氧化形成氧化铁,氧化铁更容易与酸反应,从而达到高效纯化的目的。通过对碳纳米管纤维的纯化程度进行表征和分析,纯化后纤维的纯度提升到94%,电导率提高了4倍,抗拉强度提高了2倍。用原始单壁碳纳米管螺旋纤维作为发光材料组装成发光元件,通过对元件的光谱曲线,电压电流特性、开关循环等的测试和分析,发现该元件很不稳定,原因是杂质的存在导致碳纳米管灯丝纤维在高温下发生严重的结构变形。为了提高发光元件的稳定性能,采用上述纯化方法对碳纳米管直丝纤维进行纯化,将纯化后直丝纤维制备成螺旋结构纤维,并将其作为发光材料组装成发光器件。研究表明,纯化后螺旋纤维的结构变形得到有效抑制,发光元件的稳定性能得到很大提升。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1

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本文编号：1285925