一种利用单轴静电纺丝技术制备中空碳纳米纤维的方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种利用单轴静电纺丝技术制备中空结构碳纳米纤维的方法和应用，涉及柔性电极材料领域。该方法将聚丙烯腈和醋酸纤维素溶于N,N二甲基甲酰胺溶液形成纺丝前驱体溶液，通过单轴静电纺丝技术得到无纺纳米纤维膜，经预氧化和高温碳化处理后获得中空碳纳米纤维自支撑柔性电极材料。其中空结构可有效提高电荷存储空间，为电子和离子提供快速传输通道，使其具有优异的电化学性能。超长的纳米纤维相互交织构成无纺布结构具有良好的柔韧性，无需导电剂和粘结剂即可实现储能器件的组装。本发明专利技术所提供的中空碳纳米纤维电极材料的制备方法简单，易于大规模生产，在柔性储能器件领域具有广泛的应用前景。领域具有广泛的应用前景。领域具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种利用单轴静电纺丝技术制备中空碳纳米纤维的方法及应用


[0001]本专利技术涉及电极材料
，更具体的说是涉及一种利用单轴静电纺丝技术制备中空碳纳米纤维的方法及应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着柔性便携电子技术的迅速发展，柔性储能设备成为近年来的研究热点。超级电容因其优异的充放电速率、最高功率密度和较长的循环寿命被认为是杰出的下一代柔性电子储能器件。研制柔性、可穿戴的超级电容器需要满足一系列条件，包括力学性能、弯曲性能、不同弯曲强度下的电化学性能和循环稳定性。然而，优异的电化学性能和优越的柔韧性总是难以同时实现。
[0003]目前，由静电纺丝获得的碳纳米纤维(CNFs)具有独特的一维(1D)纳米结构，超长的纤维间相互交织的3D网络结构使其更容易组装成柔性器件。然而，CNFs较低的电容限制了其进一步的应用。为了提高电纺碳纳米纤维的比表面积，科研工作者们采用KOH、CO2和蒸汽对其进行物理和化学活化处理。
[0004]然而，活化获得的多孔结构会大大降低材料的机械性能，活化过程的高表面积与机械柔韧性之间的权衡关系使其不适本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用单轴静电纺丝技术制备中空结构碳纳米纤维的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)制备聚丙烯腈/醋酸纤维素纺丝前驱体溶液：将聚丙烯腈和醋酸纤维素加入N,N
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二甲基甲酰胺溶液中，搅拌均匀；2)静电纺丝：对步骤1)中制备的前驱体溶液置于注射泵中，通过单轴静电纺丝工艺进行纺丝，得到样品A；3)真空干燥：将步骤2)中制备得到的样品A置于真空烘箱中进行干燥，得到样品B；4)高温碳化：对步骤3)中制备得到的样品B在空气氛围下进行预氧化，随后通入保护性气体进行高温碳化，冷却到室温即得中空结构的碳纳米纤维。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述聚丙烯腈与醋酸纤维素的质量比为(1～4)：(1～4)；所述N,N二甲基甲酰胺溶液的浓度为0.5mol
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L
‑1；所述前驱体溶液中聚丙烯腈的浓度为0.04～0.2g
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mL
‑1。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述搅拌的方法为磁力搅拌，搅拌的时间为12h，搅拌的温度为25℃。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫，郭茂强，盛利志，周晓明，孟黎鹏，
申请(专利权)人：北华大学，
类型：发明
国别省市：