应力诱导的热解聚丙烯腈和碳纳米管电纺纤维的稳定性

　　Int. J. Adv. Manuf. Technol.：应力诱导的热解聚丙烯腈和碳纳米管电纺纤维的稳定性
　　DOI:10.1007/s00170-020-05348-0 石墨碳的独特性质引起人们对其开发和应用的广泛关注。碳材料可以通过热分解合成，更具体地说，是由聚合物前驱体通过碳热解来合成。在本文中，根据不同的制备工艺条件，研究了聚丙烯腈（PAN）在多壁碳纳米管（MWCNTs）存在下的热解过程。首先分析了PAN-MWCNTs溶液在多板收集器上的静电纺丝过程。在扫描和透射电子显微镜下研究了电纺纤维的形貌和颗粒排列。此外，通过拉曼光谱对复合纤维垫进行表征，以确定在热解处理前进行的热稳定阶段中机械张力应用对从前驱体聚合物中获得碳纤维的影响。结果表明，在热处理过程中，碳纳米管与所施加机械应力的结合增强了纤维的石墨化。
　　图1.热解电纺纤维的微细加工过程示意图
　　图2.热解前（a）和热解后（b）的MWCNTs-PAN纤维的EDS光谱和化学成分
　　图3.MWCNTs-PAN样品的明场图像（a，b），MWCNTs-PAN纳米纤维的微观结构细节（c）
　　图4.MWCNTs-PAN纤维的拉曼光谱和D/G比例映射
　　图5.方形（a）和多板（b）收集器。下角的插图显示了方形和多板收集器上的电纺MWCNTs-PAN纤维的光学显微镜图像
　　图6.MWCNTs-PAN-SQ（a）和MWCNTs-PAN-MP（b）纤维的SEM图。MWCNTs-PAN-SQ样品的纤维平均直径为132.2±15 nm（孔隙率=5.03％），MWCNTs-PAN-MP样品的纤维平均直径为169.2±40 nm（孔隙率=21％）
　　图7.施加压缩应力的垫圈（a）和施加单轴拉伸应力的虎钳（b）
　　图8.MWCNTs-PAN-SQ（a）和MWCNTs-PAN-SQ-CS（b）纤维的SEM图像比较。 MWCNTs-PAN-SQ样品的纤维平均直径为132.2±15 nm（孔隙率=5.03％），MWCNTs-PAN-SQ-CS样品的纤维平均直径为168±30 nm（孔隙率=4.38％）
　　图9.MWCNTs-PAN-SQ（a）和MWCNTs-PAN-SQ-CS（b）纤维的拉曼光谱比较
　　图10.MWCNTs-PAN-SQ（a）和MWCNTs-PAN SQ-CS（b）纤维D/G比例映射的比较
　　图11.MWCNTs-PAN-MP-CS纤维的低（a）和高（b）放大倍率下的SEM图像。纤维的平均直径为159±39 nm（孔隙率=19.8％）
　　图12.MWCNTs-PAN-MP-CS的RAMAN光谱和D/G比例映射
　　图13.MWCNTs-PAN纤维的较低（a）和较高（b）放大倍率下的SEM图像。纤维的平均直径为183±32 nm（孔隙度=16.9％）。MWCNTs-PAN-MP-E样品的明场图像（c）
　　图14.MWCNTs-PAN-MP-E的RAMAN光谱和D/G比例映射
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