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    電紡木質素構建碳納米纖維及其熱電性能

     
    發布日期:2018-10-16
     

    碳納米管(CNT)是作為熱電材料的有效有機物之一,然而,CNT由于成本高,加工困難以及對粘合劑的要求高,因此其應用受到很大的限制。電紡碳納米纖維(CNF)具有高導電性、高表面積和自支撐結構,在能源存儲和轉換應用方面受到了極大的關注,可作為CNT的潛在替代品。目前,電紡陶瓷納米纖維和電紡CNT /聚苯胺納米纖維已被研究用于熱電應用。絕大多數碳纖維和CNF是以聚丙烯腈(PAN)為前驅體材料。但是,PAN成本高和產生相應的溫室氣體。木質素是第二位豐富的生物聚合物,是紙和紙漿工業的副產品。因此,木質素具有低成本,最小化溫室氣體排放。木質素可促進碳化過程中石墨化程度,被認為是一種有前景的生物基碳纖維前驅體。但是,木質素非常脆并且在碳化前需要固化過程,將木質素與PAN混合可以解決這些局限性,并可以彌足使用PAN作為碳前驅體的缺點。

    研究者通過電紡聚丙烯腈木質素混合物制備了生物基碳納米纖維(CNF),木質素添加高達70%時,CNF的直徑從450nm減小到250nm,同時增加樣品的柔韌性,并促進纖維間的交聯。研究結果表明,在900℃下碳化加入70%木質素的CNF的最大p型功率因數為9.27μWcm-1K-2,其對于具有0%木質素的CNF增加34.5倍。對于肼處理的樣品,以相同方式產生的CNF的最大n型功率因數為10.2μWcm-1K-2,其為具有0%木質素的CNF的11.0倍。


    圖1.初紡(a-d)和固化(e-h)納米纖維的FE-SEM圖像,(a,e)前驅體溶液中木質素含量0%,(b,f)30%,(c,g)50%和(d,h)70%。


    圖2.在900°C(a - d)和1100°C(e - h)碳化的CNF的FE-SEM圖像(a,e)前驅體溶液中的木質素含量0%,(b,f)30%,(c,g)50%和(d,h)70%照片顯示了每個樣品在斷裂前的最大靈活性。

     
     
     

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