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1、ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中國(guó)第一所現(xiàn)代大學(xué)ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５博士學(xué)位論文一級(jí)學(xué)科材料科學(xué)與工程：學(xué)科專業(yè)：材料學(xué)作者姓名：韓帥帥指導(dǎo)教師：李亞利教授原續(xù)波教授天津大學(xué)研究生院２０１７年５月連續(xù)碳納米管纖維及其復(fù)合材料的制備與電化學(xué)性能研究FabricationofContinuousCarbonNanotubeFibersandCompositesforElectrochemicalProperties一級(jí)學(xué)科：材料科學(xué)與工程學(xué)科專業(yè)：材料學(xué)研究生：韓帥帥指導(dǎo)教師：李亞利教授原續(xù)波教授天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二
2、零一七年五月摘要碳納米管纖維是一種新型高性能纖維，具有廣泛的應(yīng)用潛力。采用化學(xué)氣相沉積法，以新催化劑實(shí)現(xiàn)碳納米管纖維連續(xù)制備。并采用原位復(fù)合和在線后處理復(fù)合的方法制備了連續(xù)柔性復(fù)合電極材料，在能源領(lǐng)域展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景?；跉庀嗔鞔呋磻?yīng)，采用二茂鐵、二茂鈷和二茂鎳及其混合催化劑獲得了連續(xù)碳納米管纖維，不同催化劑形成不同結(jié)構(gòu)的碳納米管。以噻吩為硫源可以調(diào)控碳納米管的結(jié)構(gòu)，硫抑制碳的溶解,促進(jìn)碳在表面擴(kuò)散和析出生成碳納米管。以鐵鎳合金為催化劑，高噻吩量時(shí)獲得了大直徑完全塌陷碳納米管，寬度可以達(dá)到25nm。低氫氣流量獲得納米碳纖維，高氫氣流量獲得碳納米管，碳?xì)浞磻?yīng)抑制了碳在催化劑
3、顆粒的沉積，易形成純凈碳納米管纖維?；谝陨戏磻?yīng)體系，提出了碳納米管在反應(yīng)區(qū)組裝為碳納米管筒的三個(gè)因素：平穩(wěn)的氣流、范德華力組裝和管束纏繞交織。以氧化石墨烯乙醇分散液為碳源，通過(guò)直接注射化學(xué)氣相沉積法原位復(fù)合獲得連續(xù)多層三維結(jié)構(gòu)的碳納米管/還原氧化石墨烯復(fù)合膜。復(fù)合膜在堿性、中性、酸性和固態(tài)電解質(zhì)中具有良好的電化學(xué)性能，在堿性電解液中比容量最高，達(dá)到151F/g，是純碳納米管膜的三倍。循環(huán)5000圈后，比容量保持率為97%。以磷酸亞鐵鋰和碳包磷酸鈦鋰為活性物質(zhì)，經(jīng)過(guò)在線復(fù)合的方法負(fù)載于碳納米管纖維中，獲得了接觸緊密的連續(xù)復(fù)合纖維電極。在1MLi2SO4溶液中表現(xiàn)出良好的比容量和
4、倍率性能。以CMC/Li2SO4凝膠為固態(tài)電解質(zhì)組裝成柔性纖維狀水系鋰離子電池。電池柔性可彎折，在電流密度0.25A/g下，容量達(dá)到29.1mAh/g。柔性電池具有高的能量密度，可以達(dá)到30.12Wh/kg。關(guān)鍵詞：碳納米管纖維，催化劑，化學(xué)氣相沉積，復(fù)合材料，電化學(xué)性能IABSTRACTAsanewkindofhighperformancefiber,carbonnanotube(CNT)fibershavegreatpotentialinapplications.Basedonthefloatingchemicalvapordeposition(CVD)system,con
5、tinuouspreparationofCNTfiberscanbeachievedwithnewcatalystsystem.Followingthepreparationtechnology,continuousflexiblecompositeelectrodematerialsarefabricatedusinginsitumethodoronlinepost-processingmethodrespectively,showingagoodapplicationprospectinenergyfield.Basedonfloatingcatalyticreaction
6、,ferrocene,cobaltocene,nickeloceneandtheircompositesareusedascatalysttofabricatecontinuousCNTfibers.Threekindsofcatalystsexhibitdifferentcatalyticpropertiesandspinningstate.thiophene,beingassulfursource,cancontrolthegrowthandstructureofCNTs.Sulphurparcelcatalystparticles,inhibitingthecarbond
7、issolution,promotingthecarbondiffusionincatalystsurfaceandtheformationofCNTs.LargescalediametercollapsedCNTisachievedwithhighamountofthiopheneusingFeNialloyascatalyst,thewidthofthecollapsedCNTcanreach25nmthroughTEMimages,CNTsarecompletecollapsed.Na
