细菌纤维素基CNFs/ZnO吸波材料的制备及性能

随着电子信息技术的不断发展,电磁污染问题日益严重,高效吸波材料的研究受到越来越多的关注。该文以生物多孔材料细菌纤维素为碳源,采用碳化改性和水热法两步制备了细菌纤维素基CNFs/ZnO复合材料,研究了二水合醋酸锌的浓度对CNFs/ZnO复合材料吸波性能的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、冷场发射扫描电子显微镜(FESEM)、矢量网络分析仪(VNA)对复合材料的结构、形貌和吸波性能进行表征。结果表明:CNFs/ZnO复合材料被成功制备,其中碳纳米纤维(CNFs)没有明显的衍射峰,呈无定形状态;碳化和改性CNFs均保持了细菌纤维素三维网络多孔架构的精细纳米纤维微观形貌,但是CNFs变得卷曲且直径明显减小;CNFs/ZnO复合材料中,ZnO被紧密吸引在CNFs表面或随机插入CNFs的空隙中。通过改变二水合醋酸锌的浓度可以控制ZnO在复合材料中的含量,进而调控复合材料的电磁参数,获得良好的阻抗匹配。当二水合醋酸锌的浓度为0.25 mol/L时,ZnO在CNFs上分散得最为均匀,此时CNFs和ZnO的电阻损耗、介电损耗和界面极化等协同作用于三维多孔网络结构上,增加了复合材料对电磁波的多次反射、散射和长程耗散作用。该条件下制备的CNFs/ZnO复合材料,在涂层厚度为2.8 mm、频率为15.1 GHz附近时,其最佳反射损耗为−57.5 dB,有效吸收带宽为7.1 GHz,是一种可靠的复合吸波材料。

石墨烯的种类对剑麻纳米纤维素/石墨烯/聚苯胺复合材料电化学性能的影响

基于绿色可再生的剑麻纳米纤维素,采用超声分散方法制备剑麻纳米纤维素/石墨烯(CNF/G)分散液,通过机械共混法制备剑麻纳米纤维素/石墨烯/聚苯胺(CNF/G/PANI)复合材料,采用红外光谱、X射线衍射、拉曼光谱和扫描电镜对复合材料的结构和形态进行表征,采用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等方法研究材料的电化学性能,侧重研究石墨烯的种类对CNF/G/PANI复合材料电化学性能及结构的影响。结果表明,加入石墨烯纳米片(GNS),聚苯胺(PANI)和剑麻纳米纤维素(CNF)穿插于GNS中,产生较多的孔洞,复合材料的比电容最高值达到322.25 F/g,内阻仅为0.77Ω,在5 A/g的电流密度下,循环充放电1000次,复合材料的电容保持率达到76.92%。

Si/TiO_(2)复合碳纳米纤维的制备及其性能

为改善硅/碳纳米纤维的形貌结构并提升其储能性能,将球磨均匀的Si/TiO_(2)粉末和聚丙烯腈(PAN)通过静电纺丝制得Si/TiO_(2)/PAN纳米纤维膜,然后分别在氩气和氢气氛围中炭化得到Si/TiO_(2)复合碳纳米纤维;优化了Si与TiO_(2)的最佳配比与最适炭化温度,分析了纤维形貌、分子结构、元素分布对复合碳纳米纤维储能性能的影响。结果表明:在Si和TiO_(2)质量比为1∶2以及900℃炭化条件下,Si/TiO_(2)复合碳纳米纤维具有良好的导电性,其纤维结构与形成的TiO_(2)无序框架可有效缓解Si的体积膨胀和团聚,并显著提高锂离子电池的容量与循环稳定性;在0.2 mA/g电流密度下进行120次循环后,在氩气和氢气条件下炭化制备的复合碳纳米纤维的放电比容量分别为942和1212 mA·h/g,在氢气条件下炭化制备的复合碳纳米纤维拥有更加优异的倍率性能。

三维Fe_2O_3/BC-CNFs复合负极材料的电化学性能研究

通过水热法制备出纳米Fe_2O_3颗粒吸附于三维网状结构的碳纳米纤维(BC-CNFs)中,得到Fe_2O_3/BCCNFs。Fe_2O_3/BC-CNFs的电化学性能相对于聚集的Fe_2O_3纳米颗粒有很大的提高,表明在整个电极循环过程BCCNFs对与Fe_2O_3的机械稳定性和导电性以及防止纳米颗粒聚集起到关键性的作用,并且Fe_2O_3/BC-CNFs网状结构中存在大量的相互连接的多孔结构,有助于锂离子的快速分散和传递。以200mA/g的电流循环100次具有500mAh/g稳定的比容量,其较高的可逆容量和良好的倍率性能主要归因于三维网状多孔结构以及Fe_2O_3纳米颗粒在其内部纤维表面良好的分散性。

高吸波性能细菌纤维素Co_(3)Fe(7)/CNF气凝胶的制备

随着电磁污染的日益严重,“薄、宽、轻、强”的新型复合微波吸收材料受到了人们的广泛关注。然而,新型复合微波吸收材料的制备工艺相对复杂、机械加工性能较差、电磁性能难以调控,阻碍了其发展和应用。以来源丰富、具有三维互联网状结构的可再生资源——细菌纤维素为碳源,利用其表面具有的大量羟基吸附钴铁离子,再通过一步碳化还原法制备了钴铁碳纳米纤维(Co_(3)Fe(7)/CNF)气凝胶。研究表明,Co_(3)Fe(7)/CNF气凝胶呈三维互联网状结构,具有高孔隙、超低密度和高微波吸收性能。当碳化温度为900℃时,Co_(3)Fe(7)/CNF气凝胶与石蜡混合物在低负载(质量分数约为3%)、薄厚度(3.5 mm)下的反射损耗为-47.5 dB,表明细菌纤维素生物质材料在满足“薄、宽、轻、强”为导向的微波吸收材料方面显示出巨大的潜力。

高稳定性细菌纤维素/碳纳米管/MnO2复合超级电容器电极

首先,利用细菌纤维素(BC)的两亲分子结构和纳米尺寸效应实现了水中羟基化多壁碳纳米管(简称MWCNT)的有效分散;接着,利用BC的三维多孔及柔性支架结构和MWCNT的优良导电性,采用真空抽滤辅助自组装构建了BC/MWCNT复合膜;然后,在BC/MWCNT复合膜上电沉积MnO_(2)构建了BC/MWCNT/MnO_(2)复合膜电极。采用SEM、TEM、XRD、Raman光谱及XPS对BC/MWCNT复合膜及BC/MWCNT/MnO_(2)复合膜电极进行了表征,测试了其力学性能及电化学性能。结果表明,BC和MWCNT通过氢键紧密结合协同赋予复合膜优良的电导率和力学性能。BC/MWCNT复合膜的多孔结构、电解质吸收特性及蜂窝状活性MnO_(2)纳米片的桥连结构赋予其出色的电化学性能和循环稳定性,在1 mA/cm^(2)的电流密度下,BC/MWCNT/MnO_(2)-20(电沉积时间20 min)的面积比电容和质量比电容分别达到1.17 F/cm^(2)和200 F/g,在20 mA/cm^(2)的电流密度下进行10000次循环后,其比电容保留率为96%。BC/MWCNT/MnO_(2)复合膜电极的制备简便且成本低廉,在开发柔性储能器件方面具有应用潜力。

纳米纤维素-碳纳米管/热塑性聚氨酯复合薄膜的制备及应变响应性能

采用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)氧化法制备了不同羧基含量的纳米纤维素(CNF),并将其用作碳纳米管(CNTs)的分散剂,通过超声、离心处理制备出稳定均一的CNF-CNTs分散液,然后通过朗伯-比尔定律测定CNF-CNTs分散液中CNTs的浓度,研究了不同CNF羧基含量对CNTs的分散效果。此外,利用静电纺丝法制备出柔性、多孔的热塑性聚氨酯(TPU)薄膜作为基体,以CNF-CNTs分散液作为导电填料,通过真空抽滤法将CNF-CNTs负载于TPU多孔膜上,制备出CNF-CNTs/TPU复合薄膜,并探究了不同CNF羧基含量对CNF-CNTs/TPU复合薄膜应变响应性能的影响规律。结果表明,羧基含量对CNF的分散性能具有重要影响。随着CNF羧基含量的提高,CNF对CNTs分散效果越好,CNF-CNTs/TPU复合薄膜具有更大的应变响应范围。当CNF羧基含量为1.698 mmol/g时,CNF-CNTs/TPU复合薄膜的应变响应范围高达507%,灵敏度系数为335,表现出优异的应变响应性能。