细菌纤维素基柔性防护材料的制备及其性能研究

面对突发事件对人体最佳保护措施之一,为穿戴高性能的防护材料。因此,研制穿着舒适、行动自如、防护性能优的新型柔性防护材料已成热点。柔韧性好、力学强度高和合成方便等优势的细菌纤维素材料(BC),在高强度纤维、柔性复合膜等应用领域已经获得成功。采用模板法制备出多孔BC材料,通过与纳米SiO_2、聚乙二醇(PEG)形成的剪切增稠液(SiO_2/PEG)复合,制备出了新型柔性防护材料,并以Kevlar纤维与SiO_2/PEG复合材料为参照样,进行性能评估研究。实验结果表明,(1) SiO_2/PEG剪切增稠效应和临界剪切速率与SiO_2质量分数和PEG分子链长相关;(2)BC和Kevlar与SiO_2/PEG复合,以BC为基体的材料的弯曲角(85°),远高于Kelvar为基体材料的弯曲角(45°),显示出BC防护材料的高柔韧性;(3) SiO_2/PEG体系中加入BC(31.7%),其防护性能与Kelvar(88.4%)对8 J冲击动能防护性能相当。因而,BC材料在软防护材料、阻尼材料等应用方面具有较大应用潜能。     

石墨烯基柔性一维电极材料的的制备与性能研究

在储能电子设备中,具有高柔韧性和导电性的石墨烯基电极材料在超级电容器中展现了极大的应用前景。研究采用Hummers方法制备氧化石墨烯(GO),再湿法纺丝技术制备GO纤维。进一步研究还原条件对纤维结构及性能的影响。研究发现,在90℃水合肼蒸气还原条件下,随着还原时间增加,还原越完全;但是还原时间过长,纤维的结构会出现损坏,电化学性能会有所下降。为进一步提高石墨烯纤维的电化学性能,在纤维表面和内部原位沉积聚合物-聚苯胺(PANI),制得了比电容可达到46.11 F/cm~3的石墨烯基复合纤维电极。     

多级孔炭电极材料的制备及其性能研究

以聚醚F127、间苯三酚和甲醛为原料,采用KOH活化法制备出具有介孔、微孔的多级孔炭材料,利用BET、XRD、SEM对样品的组成和结构进行了表征.结果表明:随着升温速率的增加和炭化时间的减少,介孔炭材料的比表面积、孔容以及介孔表面积先增大后减小.10℃/min条件下可获得最优性能的介孔炭,其介孔表面积为324.47m2...     

NiCuCoMn电极材料的制备及其储锂性能研究

采用熔炼甩带和化学脱合金相结合的方法制备纳米多孔NiCuCoMn过渡金属氧化物(NiCuCoMn@TMOs),并通过热处理进一步制备R-NiCuCoMn@TMOs。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等测试对材料进行结构表征并对其进行电化学性能测试。作为锂离子电池负极材料,R-NiCuCoMn@TMOs在0.1 A/g的电流密度下,经过200次循环后具有394.9 mAh/g的高比容量,并且表现出97.53%的优异容量保持率。与热处理前相比,热处理后的材料具有更丰富的氧空位、更低的电荷转移电阻(38Ω)和更优异的倍率性能(在2 A/g的电流密度下,比容量为141.1 mAh/g)。其独特的纳米多孔结构提供了丰富的反应活性位点;不同半径、价态和反应电位的多种金属阳离子的协同效应使得该材料有很好的体积容忍度以适应脱嵌锂过程中的体积变化,表现出优异的电化学性能。此外,该电极材料原料储量丰富,价格低廉,易于实现批量化制备。该工作为设计多组元过渡金属氧化物负极材料提供了新的思路。     

碳纳米管/聚苯胺柔性自支撑复合电极材料的制备及其电化学性能研究

基于原位化学氧化聚合并结合真空辅助成型获得了聚苯胺(PANI)包裹碳纳米管(CNTs)的CNTs/PANI自支撑复合电极，采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶红外光谱测试仪(FT-IR)对CNTs/PANI复合膜的微观形貌和结构进行表征，并利用电化学工作站对其电化学性能进行了测试。实验结果表明，CNTs被PANI颗粒均匀包覆。CNTs/PANI-15(CNTs与An的质量比为1∶15)复合电极的比电容为387F/g(电流密度为0.5A/g),且在3A/g电流密度下连续循环10000圈时，电容保持率为86%。而纯PANI在8000次循环充放电测试后，电容保持率低至66%,且结构几乎坍塌。其原因在所制备的CNTs/PANI复合电极材料兼具PANI的赝电容和CNTs的双电层电容的双重储能机理，通过二者的协同作用显著改善了CNTs/PANI复合膜的电化学性能。     

高面积电容柔性储能电极材料的制备与性能

采用超声辅助浸渍-烘干、化学沉积与阳极氧化方法制备了由棉织物(CF)、多壁碳纳米管(MCNT)和核壳结构镍@氢氧化镍(Ni@Ni(OH)₂)构成的多级结构复合电极材料(CF-MCNT/Ni@Ni(OH)₂),并利用扫描电子显微镜、X射线衍射分析、电化学测试等手段对其结构与性能表征。结果表明,该电极在2 mol/L KOH溶液中0.5 mA/cm²电流密度下面积比电容可达6 300 mF/cm²(3 mA/cm²时为4 927 mF/cm²),与CF-Ni@Ni(OH)₂相比具有较大提高,同时充放电循环性能也有提升。MCNT的引入有利于CF表面形成粗糙导电膜,为优化电极结构以制备具有高性能储能器件提供了借鉴。     

细菌纤维素/碳纳米管柔性纳米复合膜的制备及其导电性能研究

以细菌培养生成的细菌纤维素(BC)为基材,碳纳米管(CNTs)为导电填充物,通过简单的物理吸附法制备出了BC/CNTs纳米复合膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外变换光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TG)和四探针测试仪(FPT)对其形貌、结构、热学以及导电性能进行了表征。结果表明:CNTs均匀负载在BC膜上,CNTs的掺入使BC膜的热学性能得到很大改善;同时制备出的柔性纳米复合膜在不同弯曲角度下均具有很好的导电性能,导电率为0.32±0.003S/cm,且性能稳定。这表明合成的纳米复合膜可作为柔性基材在生物传感器、超级电容器及其锂电材料等领域得到很好应用。     

石墨烯包覆分子筛复合电极材料的制备及其性能研究

以4A分子筛(4A)和改进Hummers法制备的氧化石墨烯凝胶(GO)为原料, 按一定质量比进行混合超声分散, 以混合分散液为前驱体煅烧制备了氧化还原石墨烯(RGO)包覆的三维复合4A/RGO电极材料。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、孔径分析、扫描电子显微镜(SEM)和电化学测试等方法研究了复合材料的结构、形貌及超级电容性能。测试结果表明, 4A均匀地穿插在RGO片层中, 阻止了RGO片层之间相互堆积, 而RGO片层之间相互链接, 形成三维空间导电网络, 提高了复合电极材料的导电性。当GO与4A质量比为1:6时, 复合材料在4 A/g电流密度下比电容可达450 F/g, 在此电流密度下循环800次后, 其比容量保持率为85.7%, 表现出良好的倍率性能和循环稳定性。该4A/RGO复合电极材料超级电容性能优于纯4A或RGO, 可归因于4A和RGO之间的协同效应。     

柔性超级电容器电极材料制备方法研究进展

随着柔性超级电容器在可穿戴、小型化、便携式、柔性消费电子产品中的潜在应用,新材料、新加工技术和新设计得到了推广。电极材料是柔性超级电容器中重要的组成部分,其优异的性能决定了整个器件的应用。通过介绍柔性超级电容器电极材料的制备方法,总结了柔性超级电容器现阶段发展所面临的挑战,期望为制备高性能的柔性超级电容器提供参考。     

纤维素多孔材料的制备与性能

用氯化锌水溶液为纤维素的溶剂制备纤维素多孔材料。采用红外光谱和X射线衍射(XRD)分析了木浆纤维素和纤维素多孔材料的红外光谱和结晶性能,并研究了纤维素质量分数对纤维素多孔材料的吸湿性能和孔隙结构的影响。结果表明,氯化锌水溶液是一种非衍生化的纤维素溶剂,溶解再生后的纤维素分子间氢键被破坏,结晶结构由纤维素Ⅰ转变为纤维素Ⅱ型,结晶度由68%降低到22%。随着纤维素质量分数的增大,孔隙率和透气率降低、吸湿性和保湿性下降。与离子液体为溶剂制备的纤维素多孔材料相比较,氯化锌法制备的纤维素多孔材料具有双重尺寸大小的孔洞结构,其表现出的综合性质更优异。     

柔性YSZ-TiO_2纳米纤维膜的制备及其光催化性能研究

采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为模板聚合物、醋酸锆[(Zr(Ac)_4]为锆源、六水合硝酸钇[Y(NO_3)_3·6H_2O]为稳定剂,通过均质处理的方法在前驱体溶液中加入二氧化钛纳米颗粒(TiO_2-NPs)并利用静电纺丝技术及煅烧工艺制备了掺杂TiO_2-NPs的柔性钇稳定氧化锆(YSZ-TiO_2)纳米纤维膜,并研究了其对亚甲基蓝(MB)的降解效果。研究结果表明:在MB溶液浓度为10mg/L,降解时间为70min,TiO_2-NPs用量为8%条件下,制得的柔性YSZTiO_2纳米纤维膜对MB的降解率最高达到95%,有望应用在污水处理等领域。     

纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线柔性电极的制备

目的以竹粉为原料制备纳米纤维素,并将其作为基底材料制备纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线复合电极,应用于柔性超级电容器。方法采用化学机械处理法,将竹粉通过化学处理以及研磨、超声等处理,制备成纳米纤维素悬浮液;分别将多壁碳纳米管和纳米银线超声分散于溶剂中;最后,通过层层自组装制备纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线复合电极,同时,作为对照组,制备纳米纤维素/碳纳米管复合电极。结果纳米纤维素纤丝的直径大约为30~100 nm,相互之间缠绕成网状结构,是很好的支撑材料,纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线复合电极具有很好的成膜性和电化学性能,在扫描速率为30 m V/s时,面积比电容达到77.95 m F/cm~2。结论以纳米纤维素为基底,通过层层自组装方法制备的纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线复合电极具有较好的电化学性能,可作为柔性超级电容器的电极。     

表面氧化改性制备活性炭电极材料及其电化学性能研究

以商用活性炭为原料,采用20%硝酸液相氧化处理后,制备了硝酸改性活性炭。采用低温N_2吸附法表征了活性炭的孔结构性质,采用FTIR、Boehm滴定法进行了表面性质表征,测定、比较了商用活性炭和不同温度条件下的硝酸改性活性炭为原料所制备电极的循环伏安、恒定电流充放电、交流阻抗等电化学性能,探讨了硝酸改性活性炭电极的电容产生机理。实验表明,经硝酸氧化处理后,活性炭的比表面积和孔容略微增加,平均孔径稍增大,含氧官能团数量有所增加。由于氧化处理后活性炭材料赝电容的增加,相比商用活性炭电极的比电容量89.61F·g~(-1),硝酸改性活性炭电极比电容量增大到106.56 F·g~(-1),并表现出较好的功率特性、容量特性和较小的阻抗,同时具有大电流放电的特性。     

旋转涂覆法制备氧化钌电极材料及其性能研究

采用旋转涂覆工艺制备了RuO2薄膜电极,SEM揭示了RuO2薄膜的厚度为7.7-8.0/μm,拉伸实验测试得该薄膜附着力的平均值为18.00MPa;XRD结构分析表明该薄膜的最理想烧结温度为270℃.此外,进一步的电化学性能测试表明RuO2薄膜的循环伏安、充放电及阻抗性能优良,该薄膜电极的比电容Cp、能量密度W、功率密...     

水热法制备NaFeHCF@CC电极材料及性能研究

为提高铁铁基普鲁士蓝(NaFeHCF)电极材料中电荷迁移速率以及离子扩散速率,采用水热合成法在碳布(CC)表面原位生长NaFeHCF晶体,制备了无粘结剂的NaFeHCF@CC电极材料,采用扫描电子显微镜和粉末X射线衍射仪对晶体结构和形貌进行表征,探究了碳布的活化处理和不同水热反应时间对NaFeHCF晶粒结构及电化学性能的影响。结果表明,碳布活化处理后,碳纤维表面有较多的生长位点,提高了碳布对NaFeHCF晶体的负载量;在活化处理的碳布基底上水热反应12h生长的NaFeHCF晶体结构较为完整,结晶度高,制备的电极材料循环300圈后面容量达0.10mAh/cm²,容量保持率达到74.5%。     

聚苯胺-玉米苞叶纤维复合材料基柔性自支撑电极的制备及其电化学性能

为满足可穿戴电子设备日益提升的要求,低成本、高性能柔性超级电容器成为研究的热点。在玉米苞叶纤维(CHF)基材表面原位生长聚苯胺(PANI),继而以聚乙烯醇/硫酸(PVA/H₂SO₄)作为凝胶,通过简单的冻融法制备聚苯胺-玉米苞叶纤维柔性自支撑电极(PANI-CHF-GEL)。PANI-CHF-GEL显示出优异的力学性能(断裂强度为259 kPa,断裂伸长率为121%)和较好的韧性(断裂能为0.167 MJ·cm^-3)。采用PVA/H₂SO₄凝胶作为电解质组装得到的PANI-CHF-GEL//PANI-CHF-GEL对称固态超级电容器具有优越的电化学储能性能：在3.00 mA·cm^-2的电流密度下,面积比电容高达1 789.74 mF·cm^-2,功率密度为0.34 mW·cm^-2,能量密度为3.51 mW·h·cm^-2。此外,该器件还显示出良好的柔性,弯曲90°时仍能保持其初始性能,表明了其在...     

溶解浆纤维增强缓冲材料的制备及其性能研究

随着日益增长的环保要求,来源于植物源的可降解缓冲包装材料的使用和开发引起了广泛的关注。鉴于此,本文以3种不同植物源的商业溶解浆为原料,基于其在NaOH/尿素水溶液中的溶解,通过模塑成型-再生进行了溶解浆纤维增强缓冲包装材料的制备研究。通过模塑成型材料干燥前后径向与厚度方向尺寸的测量,比较了不同助剂制备的缓冲材料的径向收缩率与厚度方向的收缩率,借助扫描电镜观察了制备的材料的断面形貌,通过拉伸试验绘制应力-应变曲线来分析浆纤维缓冲材料的力学性能,通过振动缓冲性能测试比较了制备的材料的振动缓冲性能。结果表明在7%NaOH/12%尿素水溶液中溶解和在99.5%CH3COOH中再生制备的材料比较柔软、再生容易。另外阔叶木溶解浆纤维制备的缓冲材料较硬,针叶木溶解浆纤维制备的缓冲材料和添加淀粉的竹溶解浆纤维制备的缓冲材料具备一定的振动缓冲性能。添加淀粉制备的竹溶解浆纤维缓冲材料的径向收缩率和厚度方向收缩率都是较小的,且有35%的延伸率。