混雜功能化MWCNTs的PAN納米纖維及碳納米纖維制備研究的綜述報(bào)告

混雜功能化MWCNTs的PAN納米纖維及碳納米纖維制備研究的綜述報(bào)告摘要：本文主要綜述了混雜功能化多壁碳納米管(MWCNTs)與聚丙烯腈(PAN)擠出紡絲制備碳納米纖維(CNF)的研究進(jìn)展。通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)資料的收集和整理，總結(jié)了混雜功能化MWCNTs對(duì)CNF性能的改善、制備工藝的優(yōu)化以及未來(lái)發(fā)展方向的探討。關(guān)鍵詞：多壁碳納米管、聚丙烯腈、碳納米纖維、混雜功能化、制備工藝引言：碳納米纖維(CNF)因其優(yōu)異的力學(xué)性能、導(dǎo)電性能以及熱學(xué)性能等，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、能源、醫(yī)療等領(lǐng)域。目前，制備CNF的主要方法包括炭化法、氣相沉積法、電紡絲法、涂覆法等，其中電紡絲法具有制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、可控性好等優(yōu)點(diǎn)，因而受到研究者的廣泛關(guān)注。然而，CNF的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能尚不能滿足實(shí)際需求，因而需要引入適量的多壁碳納米管(MWCNTs)來(lái)改善其性能。并且，通過(guò)對(duì)MWCNTs進(jìn)行表面改性可以進(jìn)一步改善CNF的性能。本文將綜述MWCNTs在CNF制備中的應(yīng)用以及如何進(jìn)行表面改性以期望提高CNF性能。同時(shí)，對(duì)未來(lái)混雜功能化MWCNTs與PAN擠出紡絲制備CNF的研究方向進(jìn)行展望。1.混雜功能化MWCNTs對(duì)CNF性能的改善MWCNTs的高比表面積可以增強(qiáng)CNF中基體的導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)通過(guò)合理的表面改性可以提高M(jìn)WCNTs與基體的結(jié)合能力。MWCNTs的添加量和表面改性方法均能影響CNF的性能。舉例而言，Yan等人在研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)MWCNTs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)，CNF的導(dǎo)電性能得到顯著提升，說(shuō)明適當(dāng)?shù)奶砑恿靠梢愿纳艭NF的性能。同時(shí)，表面改性是將MWCNTs與基體結(jié)合更緊密的一種方法。在研究中，常見(jiàn)的表面改性方法包括氧化改性、聚合改性、功能化改性等。Gao等人通過(guò)在MWCNTs表面引入硝基基團(tuán)來(lái)改善MWCNTs和PAN基體的相容性，發(fā)現(xiàn)MWCNTs對(duì)于CNF導(dǎo)電性能和力學(xué)屬性的改善貢獻(xiàn)是非常顯著的。因而，引入MWCNTs并進(jìn)行表面改性可以在最大化提高CNF性能方面發(fā)揮很重要的作用。2.制備工藝的優(yōu)化制備CNF的過(guò)程中，擠出紡絲是一種有效的方法。其適用于大規(guī)模制備CNF因而被廣泛應(yīng)用。為了提高CNF的制備效率和性能，目前的研究重點(diǎn)在于擠出紡絲方法、纖維結(jié)構(gòu)優(yōu)化和炭化條件的優(yōu)化。在制備方法方面，如果采用雙螺桿擠出機(jī)，可以較低地實(shí)現(xiàn)MWCNTs/CNF的均勻分散。同時(shí)，如果設(shè)置一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的靜電紡絲器可以在紡絲過(guò)程中使得纖維的柔性增強(qiáng)，從而提高纖維的拉伸性能。在纖維結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，通過(guò)調(diào)節(jié)溫度、相對(duì)濕度、擠出速率等參數(shù)可以改變纖維的直徑、形貌、孔隙度等結(jié)構(gòu)特征。在炭化條件優(yōu)化方面，可通過(guò)控制炭化溫度和炭化時(shí)間來(lái)改變CNF的結(jié)構(gòu)和性能，從而實(shí)現(xiàn)定制化生產(chǎn)。3.未來(lái)的發(fā)展方向未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)包括但不限于以下幾點(diǎn)：（1）開(kāi)發(fā)新的功能化MWCNTs和PAN材料，以更好地適應(yīng)不同領(lǐng)域中對(duì)CNF性能的需求。（2）探索其他制備方法如：飛行時(shí)間質(zhì)譜，可用于研究CNF的形貌、尺寸、物理化學(xué)特性等。（3）混合其他納米材料如石墨烯、氧化石墨烯等來(lái)提高CNF性能。（4）實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化制備工藝的框架和流程。結(jié)論：這篇綜述論文介紹了混雜功能化MWCNTs在PAN擠出紡絲制備CNF的應(yīng)用，并總結(jié)了改善性能和制備工藝的優(yōu)