一種利用單軸靜電紡絲技術(shù)制備中空碳納米纖維的方法及應(yīng)用

一種利用單軸靜電紡絲技術(shù)制備中空碳納米纖維的方法及應(yīng)用摘要本文介紹了一種利用單軸靜電紡絲技術(shù)制備中空碳納米纖維的方法，并探討了其在能源存儲和傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用前景。該方法采用聚酰亞胺(polyimide,PI)作為聚合物基質(zhì)，利用單軸靜電紡絲技術(shù)制備出中空PI納米纖維，并通過高溫碳化制備出中空碳納米纖維。通過對其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的分析，發(fā)現(xiàn)中空碳納米纖維具有高表面積、優(yōu)異的導(dǎo)電性和穩(wěn)定的循環(huán)性能，具有廣泛的應(yīng)用前景。正文1.引言隨著現(xiàn)代科技和工業(yè)的不斷發(fā)展，對新型納米材料的需求日益增長。其中，納米纖維作為一種具有很高比表面積和優(yōu)異性能的納米材料，一直受到人們的關(guān)注。然而，常規(guī)的納米纖維常常存在制備難度大、生產(chǎn)成本高、穩(wěn)定性差等問題。因此，尋找一種簡單易行、低成本且性能優(yōu)異的納米纖維制備方法，成為當(dāng)前研究的熱點。單軸靜電紡絲技術(shù)是一種制備納米纖維的常用方法，其基本原理是利用高電壓作用下，將溶液中的聚合物拉伸成納米尺度的纖維狀物。正是因為其簡單易行、低成本的特點，單軸靜電紡絲技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于納米材料制備中。2.制備中空碳納米纖維的方法中空碳納米纖維的制備方法通常有多種，其中較為常見的是基于模板法的制備方法。但是，通過模板法制備中空碳納米纖維具有模板成本高、制備周期長、模板難以回收等缺點。因此，研究一種基于單軸靜電紡絲技術(shù)的制備中空碳納米纖維的方法，具有很高的研究意義和應(yīng)用前景。本研究采用聚酰亞胺(polyimide,PI)作為聚合物基質(zhì)，在單軸靜電紡絲技術(shù)的作用下，制備出中空PI納米纖維。經(jīng)過高溫碳化處理，中空PI納米纖維轉(zhuǎn)化為中空碳納米纖維。該方法的制備流程如下：制備聚酰亞胺溶液。將聚酰亞胺粉末與N,N-二甲基甲酰胺(DDMF)混合，超聲處理30min，得到聚酰亞胺溶液。制備中空聚酰亞胺納米纖維。將聚酰亞胺溶液注入滴定針，通過高壓電場和重力共同作用，將聚酰亞胺溶液拉成納米級別的中空纖維，經(jīng)過干燥后形成中空聚酰亞胺納米纖維。制備中空碳納米纖維。將中空聚酰亞胺納米纖維放入爐中，利用高溫碳化技術(shù)，將中空聚酰亞胺納米纖維轉(zhuǎn)化為中空碳納米纖維。通過對所制備的中空碳納米纖維進行結(jié)構(gòu)和性質(zhì)分析，發(fā)現(xiàn)其具有高比表面積、優(yōu)異的導(dǎo)電性和穩(wěn)定的循環(huán)性能，具有優(yōu)異的電容性能。3.應(yīng)用前景作為一種新型的納米材料，中空碳納米纖維在能源存儲和傳感器領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。下面將分別介紹其在兩個領(lǐng)域的應(yīng)用。3.1能源存儲現(xiàn)代社會對能源的需求越來越大，因此開發(fā)高效、環(huán)保、低成本的能源存儲技術(shù)成為研究的熱點。中空碳納米纖維由于具有高表面積、導(dǎo)電性能好等優(yōu)點，成為一種優(yōu)異的電極材料。利用其制備超級電容器、鋰離子電池等，具有很高的應(yīng)用前景。3.2傳感器傳感器作為一種重要的檢測和控制設(shè)備，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化生活的各個領(lǐng)域。中空碳納米纖維由于具有高比表面積、良好的導(dǎo)電性能等特性，成為一種優(yōu)異的傳感器材料。利用其制備CO傳感器、水氣傳感器等，為環(huán)境檢測、空氣質(zhì)量檢測等提供了新的思路和方法。結(jié)論本文提出了一種基于單軸靜電紡絲技術(shù)制備中空碳納米纖維的方法，并探討了其在能源存