静电纺PAN/石墨烯复合纳米纤维纱的制备及其应变传感性能
发布时间：2021-09-08 12:15
纳米纤维具有极高的比表面积及优异的力学性能,在过滤、生物医药、防护服、电子器件等领域具有重大的研究及使用价值。静电纺纳米纤维纱不但具有纳米纤维的特性,而且展现出比纳米纤维膜更加优异的力学性能,能够满足三维织造的要求。纳米纤维纱能够通过对取向的纳米纤维束进行加捻,或者直接对纳米纤维进行连续加捻牵伸获得。前者的纱线质量较好,但是不能够连续制备;后者还存在产量低、纺丝过程稳定性差等问题。石墨烯复合纳米纤维多是以无规取向的纳米纤维膜或者与聚合物复合进行铸膜,通过这两种方法获得的复合材料不能进行二次加工或者失去了纳米纤维材料的比表面积大的优点。柔性应变传感可广泛应用于健康监测、智能机器人、智能服装、建筑结构监测。基于金属和半导体的应变传感器柔韧性差,应变范围及敏感系数（GF）低,难以满足高应变领域的需求。目前柔性应变传感器的制备方法主要是利用纳米导电材料与聚合物复合,但同时获得高的GF值、应变范围、稳定性以及应变与相对电阻变化之间的线性关系还存在重大挑战。针对上述问题,本研究以石墨烯和聚丙烯腈（PAN）为原料,采用多针头水浴静电纺的方法制备连续的PAN/石墨烯复合纳米纤维束,主要研究石墨烯的含量...
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：189 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－６？八１＾链在不同热处理阶段的化学变化：（３）脱氢及环化反应［６７］，（１））氧化反应［６４１??Ｆｉｇ．?１－６?Ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｈａｎｇｅｓ?ｆｏｒ?ＰＡＮ?ｃｈａｉｎ?ｄｕｒｉｎｇ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｈｅａｔ－ｔｒｅａｔｍｅｎｔ?ｓｔａｇｅｓ，?（ａ）?ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ??ａｎｄ?ｃｃｌｉｚａｔｉｏｎ?网，ｂｏ?
第一章绪论?静电纺ＰＡＮ／石墨烯复合纳米纤维纱的制备及其应变传感性能??（１）预氧化机理分析??丫＾＾｜＾?．?＿?—ｊ?—ｊ—＿??Ｃ＝Ｎ?Ｃ＝Ｎ?Ｃ三?Ｎ?ｈ?０＝Ｎ??图１－５?ＰＡＮ分子链化学结构??Ｆｉｇ．?１－５?Ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＰＡＮ?ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?ｃｈａｉｎ?［６４１??ＰＡＮ分子主要由Ｃ、Ｎ、Ｈ三种元素构成，其组成的分子链结构有多种设想，而??被研宄者公认的是平面锯齿形结构［６４］，如图１－５所示。早在１９５０年，Ｈｏｕｔｚ等发??现ＰＡＮ在受热时并不会发生类似聚合物的熔融变化，而是在颜色上会从白色逐渐转??变成黄色、棕色，最终变成黑色，这种颜色的转变是由于其内部分子结构转变引起的，??从而导致纤维中的元素、纤维质量及性能都将发生显著变化。??⑷?????（？三Ｎ?（＇三Ｎ?Ｃ?．三Ｎ??ＣｙｃｌｗｉＨｉｏｎ?ｐ、、?丨）ｃｈｙｔｌｍｇｅｎａｌＫｍ??，－ｖｉｓ?／Ｎｓ?（．＊三?Ｎ?（．？三?Ｎ?Ｃ’ＳＮ??—七?ｘｃｃｘ士??（ｂ）?〇?〇?／°＼?／°＼??ＣＨ？ｖ?＾?＼?ｆＣＨ、，ＣＨ、，ＣＨ、＼?／??ＣＨＣＨ?ＣＨ?ＣＨ?ＣＨ?ＣＨ??人ｚ、人人?，Ｗ、ｚ、人??ＹｈＷｃｈＶｈ：、?ｆ?ｃ／ＷＷ??１１１］?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??，ＷＣ、Ｎ?八??ｌ０?ｔ?ｌ０?＾?Ｉ?Ｈ?Ｈ?｜?Ｈ：??图１－６？八１＾链在不同热处理阶段的化学变化：（３）脱氢及环化反应［６７］，（１））氧化反应［６４１??Ｆｉｇ．?１－６?Ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｈａｎｇｅｓ?ｆｏｒ?ＰＡＮ?ｃｈａｉｎ?ｄｕｒｉｎｇ?ｄｉｆｆｅｒｅｎ
第一章绪论?静电纺ＰＡＮ／石墨烯复合纳米纤维纱的制备及其应变传感性能??（４）碳化??ＰＡＮ纤维在碳化后电学及力学性能显著提高。碳化阶段在惰性气体中完成，主??要发生的是脱氧、脱氢以及脱氮反应，如图１－７所示，最终形成石墨化结构［７Ｇ，９４ｌ??ｘｘ＞ｘｘ?丫丫丫丫丫??？?Ｉｎ?＾??、广?Ｉ?｜?｜?！?Ｉ??工ａａＡ入?？？？、??竹丫丫??纖＂＂禮??图１－７?ＰＡＮ分子链在碳化过程中的化学变化［７（），９４］??Ｆｉｇ．?１－７?Ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｈａｎｇｅｓ?ｆｏｒ?ＰＡＮ?ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?ｃｈａｉｎ?ｄｕｒｉｎｇ?ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ?［７０＇９４］??碳纤维的结构与性能主要通过ＴＥＭ、ＸＲＤ、拉曼、ＸＰＳ、电导率及机械性能来??表征。??通过透射电子显微镜（ＴＥＭ）可以观察及计算晶格尺寸，并表征石墨化程度。??通过分析ＸＲＤ图谱中衍射角的大小和半高宽计算碳纤维中的微晶参数，即Ｂｒａｇｇ及??Ｓｃｈｅｒｒｅｒ公式１－３、１－４［９５］。碳纤维中的微晶尺寸随碳化温度的增加先增加后减小，且??层间距逐渐减小［６４］。??ｎＡ?—?２ｄｓ＼ｎ６?（１－３）??Ｚ?＝?０／（／？?ｃｏｓ?６＞）?（１－４）??其中：ｄ和Ｌ为分别为晶面间距及晶粒尺寸；ｎ为反射级数；０为衍射角；Ｘ为Ｘ??射线波长；Ｐ为衍射峰半高宽弧度；Ｋ为结构因子，１＾〇〇２）（晶粒厚度）为０．９１，ＬａＵ１０）??（晶粒宽度）为１．８４。??通过拉曼光谱可以直接通过计算Ｄ峰与Ｇ峰强度的比值获得碳纤维的缺陷程度，??其值越小表明有序石墨化程度越高，同时两峰的半高宽随石墨化程度的加深而减小??［９６］〇??ＸＰＳ是
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯改性聚丙烯腈基纳米炭纤维的制备及其性能[J]. 孔庆强,杨芒果,陈成猛,杨永岗,温月芳,王茂章. 新型炭材料. 2012(03)
[2]碳纤维的制备方法与性能研究进展[J]. 谢发勤,张乾. 材料导报. 2001(09)
博士论文
[1]多针头水浴静电纺聚酰胺6纳米纤维束的形成机理及应用研究[D]. 田龙.苏州大学 2016
本文编号：3390769
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：189 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－６？八１＾链在不同热处理阶段的化学变化：（３）脱氢及环化反应［６７］，（１））氧化反应［６４１??Ｆｉｇ．?１－６?Ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｈａｎｇｅｓ?ｆｏｒ?ＰＡＮ?ｃｈａｉｎ?ｄｕｒｉｎｇ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｈｅａｔ－ｔｒｅａｔｍｅｎｔ?ｓｔａｇｅｓ，?（ａ）?ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ??ａｎｄ?ｃｃｌｉｚａｔｉｏｎ?网，ｂｏ?
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第一章绪论?静电纺ＰＡＮ／石墨烯复合纳米纤维纱的制备及其应变传感性能??（４）碳化??ＰＡＮ纤维在碳化后电学及力学性能显著提高。碳化阶段在惰性气体中完成，主??要发生的是脱氧、脱氢以及脱氮反应，如图１－７所示，最终形成石墨化结构［７Ｇ，９４ｌ??ｘｘ＞ｘｘ?丫丫丫丫丫??？?Ｉｎ?＾??、广?Ｉ?｜?｜?！?Ｉ??工ａａＡ入?？？？、??竹丫丫??纖＂＂禮??图１－７?ＰＡＮ分子链在碳化过程中的化学变化［７（），９４］??Ｆｉｇ．?１－７?Ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｈａｎｇｅｓ?ｆｏｒ?ＰＡＮ?ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?ｃｈａｉｎ?ｄｕｒｉｎｇ?ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ?［７０＇９４］??碳纤维的结构与性能主要通过ＴＥＭ、ＸＲＤ、拉曼、ＸＰＳ、电导率及机械性能来??表征。??通过透射电子显微镜（ＴＥＭ）可以观察及计算晶格尺寸，并表征石墨化程度。??通过分析ＸＲＤ图谱中衍射角的大小和半高宽计算碳纤维中的微晶参数，即Ｂｒａｇｇ及??Ｓｃｈｅｒｒｅｒ公式１－３、１－４［９５］。碳纤维中的微晶尺寸随碳化温度的增加先增加后减小，且??层间距逐渐减小［６４］。??ｎＡ?—?２ｄｓ＼ｎ６?（１－３）??Ｚ?＝?０／（／？?ｃｏｓ?６＞）?（１－４）??其中：ｄ和Ｌ为分别为晶面间距及晶粒尺寸；ｎ为反射级数；０为衍射角；Ｘ为Ｘ??射线波长；Ｐ为衍射峰半高宽弧度；Ｋ为结构因子，１＾〇〇２）（晶粒厚度）为０．９１，ＬａＵ１０）??（晶粒宽度）为１．８４。??通过拉曼光谱可以直接通过计算Ｄ峰与Ｇ峰强度的比值获得碳纤维的缺陷程度，??其值越小表明有序石墨化程度越高，同时两峰的半高宽随石墨化程度的加深而减小??［９６］〇??ＸＰＳ是
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯改性聚丙烯腈基纳米炭纤维的制备及其性能[J]. 孔庆强,杨芒果,陈成猛,杨永岗,温月芳,王茂章. 新型炭材料. 2012(03)
[2]碳纤维的制备方法与性能研究进展[J]. 谢发勤,张乾. 材料导报. 2001(09)
博士论文
[1]多针头水浴静电纺聚酰胺6纳米纤维束的形成机理及应用研究[D]. 田龙.苏州大学 2016
本文编号：3390769
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