1、碳納米纖維紙的制備及其性能研究報告人 ： 劉超 指導老師： 劉鑄（教授） 報告日期： 2013-4-25基于碳納米纖維復合材料的生物應變傳感器光線布拉格光柵傳感器內容提要l引言 碳納米纖維 碳納米纖維的 應用l碳納米纖維紙的制備 分散研究 化學改性 分散研究 共價鍵作用l碳納米纖維紙的性能研究酸處理時間對碳納米纖維紙性質的影響超聲時間對碳納米纖維紙性質的影響不同的化學改性方法對碳納米纖維紙性質的影響不同的表面活性劑對碳納米纖維紙性質的影響l結語引言碳納米纖維：D:10-500nm L:0.5-100m碳納米纖維性質低密度，高比模量熱穩(wěn)定高比強度，高導電缺陷數(shù)量少，結構致密長徑比大，比表面積大碳

2、納米纖維結構示意圖碳納米纖維的應用碳納米纖維紙的制備碳納米纖維紙制備流程圖 =47mm = 15cm分散機理一、化學修飾二、共價鍵作用化學修飾碳納米纖維紙難溶于水與溶劑: （1）自身sp2雜化，難溶于水和有機溶劑 （2）自身范德瓦耳斯力較強，易團聚化學修飾方法： （1）混合酸處理法（ 98% H2SO4 ：68HN03=3：l，體積比） （2） Fenton試劑法（ Fe2+ ，H2O2 ） （3） 雙重酸化法（1. H2SO4 + HN03 2. H2SO4 + H2O2 ）酸處理碳納米纖維的作用機理 對碳納米纖維進行酸化處理，使其表面的缺陷氧化形成羧基，然后利用醇類或胺類化合物與之作用形成

3、酯或酰胺，從而改善碳納米纖維的溶解性和分散性。 另外，酸處理也是很好的提純碳納米纖維的方法，通過酸處理可以氧化去除原始碳納米纖維中的無定型碳、催化劑殘余等。傅里葉紅外光譜測試酸處理對碳納米纖維的影響Z-Average（nm）Diam.（nm）% Intensity Width（nm）無處理58.771000MA 2h37.841000MA 4h32.671000MA 8h26.431001.92MA20h15.691000Fenton58.191002.077MA2h CPM0.5h29.761002.123Zetasizer粒度儀混合酸處理2h混合酸處理8h無處理Fenton作用機理 利用F

4、e2+在酸性條件下催化H2O2分解產生具有強氧化性能及親電子加成性能的HO ，而HO可對碳納米纖維的不飽和鍵進行羥基化加成，從而實現(xiàn)對碳納米纖維表面修飾。Fe2+ + H2O2 Fe3+ + HO+ OH- (1) Fe3+ + H2O2 Fe2+ +HOO+ H+ (2) 實驗表明Fenton試劑法，能有效的引入羥基，羧基等官能團，且對碳納米纖維的影響較小。Fenton對碳納米纖維的影響無處理酸處理8hFenton試劑共價鍵作用 十二烷基硫酸鈉（SDS）吸附在CNFS表面示意圖SDS對碳納米纖維分散的影響SDBS對碳納米纖維分散的影響十八醇對碳納米纖維分散的影響碳納米纖維紙的性能研究電學性能

5、測試模型力學性能測試模型酸處理時間對碳納米纖維紙力學，電學特性的影響 電阻率電阻率（/m）3.4510-35.3910-37.6310-32.5710-23.3610-2酸處理時間酸處理時間1H2H4H6H8H力學（N）0.9220.8591.0990.9340.826超聲時間對碳納米纖維紙力學，電學特性的影響超聲時間超聲時間1min5min10min15min20min力學（N）0.8220.911.0250.8530.742電阻率（/m）3.5810-35.0110-35.5310-37.8510-31.9810-2不同的化學改性方法對碳納米纖維紙性質的影響處理方法處理方法MA 2HMA

6、2H，CPM 0.5HFenton（2H）力學（N）0.8590.9211.235電阻率（/m）5.3910-36.0310-34.0110-3 MA: （98% H2SO4 ：68HN03=3：l 體積比） 混合酸 CPM： （H2SO4:H2O2=4:1 體積比） Fenton：n(Fe2+):n(H2O2)=1:40 不同的表面活性劑對碳納米纖維紙性質的影響表面活性劑表面活性劑十二烷基硫酸鈉十二烷基硫酸鈉 SDS（0.01mol/l）十二烷基苯磺酸鈉十二烷基苯磺酸鈉 SDBS （0.01mol/l） 十八醇十八醇 SA （0.01mol/l）力學（N） 0.925 0.958 0.653電阻率（/m） 5.5610-3 5.3210-3 2.2310-2結語 碳納米纖維以其優(yōu)越的性能，較為低廉的價格，受到廣泛的研究