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《靜電紡微納米纖維紗線在超級(jí)電容器中的應(yīng)用》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、東華代碼：10255學(xué)號(hào)：2150070東華大學(xué)碩士學(xué)位論文MasterDissertationofDonghuaUniversity靜電紡微納米纖維紗線在超級(jí)電容器中的應(yīng)用TheApplicationofElectrospunMicro-nanofiberYarnsinSupercapacitor學(xué)科專業(yè)：紡織材料與紡織品設(shè)計(jì)作者姓名：陳文翀指導(dǎo)老師：張弘楠、張坤答辯日期：2018年01月05日東華大學(xué)碩士學(xué)位論文答辯委員會(huì)成員名單姓名職稱職務(wù)工作單位備注于偉東教授答辯委員會(huì)主席東華大學(xué)陳廷教授答辯委員會(huì)委員蘇州
2、大學(xué)王先鋒研究員答辯委員會(huì)委員東華大學(xué)李發(fā)學(xué)教授答辯委員會(huì)委員東華大學(xué)劉若華副教授答辯委員會(huì)委員東華大學(xué)黃晶助理研究員答辯委員會(huì)秘書東華大學(xué)東華大學(xué)碩士論文摘要靜電紡微納米纖維紗線在超級(jí)電容器中的應(yīng)用摘要目前，隨著蘋果手機(jī)、谷歌眼鏡等可穿戴和便攜式電子設(shè)備的日益推廣，柔性可穿戴設(shè)備（如智能服裝）已成為研究者們關(guān)注的焦點(diǎn)，而能量存儲(chǔ)設(shè)備（超級(jí)電容器、鋰電池等）是智能服裝不可缺少的重要組成部分，其中，柔性一維結(jié)構(gòu)狀超級(jí)電容器因其功率密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、能與智能服裝實(shí)現(xiàn)集成等特點(diǎn)更被廣泛研究。靜電紡微納米材料由于其比表面
3、積大、細(xì)度小、質(zhì)量輕等特點(diǎn)而被運(yùn)用于超級(jí)電容器的電極材料中，然而現(xiàn)階段對(duì)一維（紗線）狀的靜電紡微納米纖維紗線在超級(jí)電容器中的研究卻較少。因此，本文將以靜電紡微納米纖維紗線為載體，在其基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一系列不同結(jié)構(gòu)的一維超級(jí)電容器電極材料，并考察電極材料的各項(xiàng)性能。首先，采用氣相聚合法，將少量聚苯胺（PANI）包覆于非導(dǎo)電聚丙烯腈（PAN）微納米紗線表面以探究PANI層形貌結(jié)構(gòu)對(duì)于紗線導(dǎo)電性能的影響。使用課題組自主研發(fā)的納米紡紗機(jī)制備PAN微納米紗線作為芯層材料，再使用氣相聚合法，在PAN微納米紗線表面生長(zhǎng)導(dǎo)電高聚物PA
4、NI，形成具有皮芯結(jié)構(gòu)（core-shell）的PAN/PANI復(fù)合結(jié)構(gòu)微納米紗線。使用單因素實(shí)驗(yàn)法探究各項(xiàng)參數(shù)對(duì)于復(fù)合紗線表面PANI的形貌結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在氧化劑濃度為0.375mol/L、聚合時(shí)間為5h、鹽酸濃度為1mol/L、聚合溫度為20℃的條件下，芯層PAN微納米纖維紗線表面包覆的PANI最為I東華大學(xué)碩士論文摘要均勻、連續(xù)，此時(shí)復(fù)合紗線的電導(dǎo)率最高可達(dá)(3.15±0.19)S/m；再對(duì)2其進(jìn)行超級(jí)電容性能測(cè)試，測(cè)得在電流密度為0.1mA/cm的條件下，2PAN/PANI紗線電極的面
5、積比容量為39.2mF/cm。其次，由于PAN為非導(dǎo)電高聚物，自身電阻較大，不適用于電極材料的制備，因此，本文選用了導(dǎo)電碳納米纖維紗線（CNY）作為芯層材料。由于PAN的高含碳量，將PAN微納米紗線碳化處理，制得碳納米纖維紗線，并使用掃描電鏡（SEM）、紅外光譜（FTIR）、熱重分析（TG）、拉曼光譜（Raman）、電化學(xué)工作站等對(duì)CNY的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行測(cè)試表征，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：CNY中的納米纖維仍具有較高的取向性，CNY中仍舊存在著亂層石墨結(jié)構(gòu)，其電導(dǎo)率相比PAN/PANI的電導(dǎo)率高出了一個(gè)數(shù)量級(jí)左右；使用電化學(xué)工作
6、站測(cè)試2得碳納米紗線在掃描速度為5mV/s和電流密度為0.1mA/cm下的面22積比容量?jī)H為4.22mF/cm和4.96mF/cm。然后，由于碳基材料的雙電層電容儲(chǔ)能局限性，為進(jìn)一步提高電極材料的比容量，在芯層碳納米纖維紗線表面引入導(dǎo)電高聚物聚苯胺，并通過(guò)苯胺稀溶液原位聚合法，在CNY表面成功包覆了PANI，得到CNY/PANI復(fù)合結(jié)構(gòu)紗線電極，并對(duì)不同苯胺（ANI）濃度下制備的CNY/PANI電極材料的超級(jí)電容性能進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在其他條件不變時(shí)，當(dāng)苯胺濃度為0.02M，CNY/PANI復(fù)合紗線電極的比2
7、容量最高，在5mV/s的掃描速度下，面積比容量為99.8mF/cm，在220.1mA/cm的電流密度下，面積比容量可達(dá)116mF/cm，相較于純CNY紗線，超級(jí)電容性能有了明顯的增加；結(jié)合場(chǎng)發(fā)射電鏡圖像，初步討II東華大學(xué)碩士論文摘要論了在CNY上不同形貌PANI的生長(zhǎng)過(guò)程及不同形貌特征對(duì)電極材料電化學(xué)性能的影響。最后，為進(jìn)一步提高紗線電極的機(jī)械強(qiáng)力和電化學(xué)性能，使之能夠更廣泛的應(yīng)用于智能紡織品的加工織造中，本文創(chuàng)新的設(shè)計(jì)了一種包芯復(fù)合結(jié)構(gòu)紗線，將具有高電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)力的碳纖維（CFs）作為芯層，微納米纖維紗線作為
8、皮層，并對(duì)其進(jìn)行碳化、聚苯胺包覆處理，最終制得碳纖維/碳納米紗線/聚苯胺（CFs/CNYs/PANI）復(fù)合紗線電極材料，并使用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（FESEM）、熱重分析（TG）、電化學(xué)工作站、Land電池測(cè)試系統(tǒng)等測(cè)試儀器對(duì)CFs/CNYs/PANI進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能表征，測(cè)試結(jié)果表明：在其他條件不變時(shí)，ANI用量為0.02M時(shí)所制得的CFs/CNYs/PANI復(fù)合紗
