3 空心碳纳米纤维及其纺丝性能
CNTs 包括单壁碳纳米管（SWNTs）和多壁碳纳米管（MWNTs），其独特结构赋予 CNTs 优良 的力学、热学、电磁学等多种优异性能，引起人们的广泛关注和研究，并在众多领域具有广泛的 应用前景，如组织工程支架、药物释放系统、纳米传感器、超级电容器等领域[26]。
4.静电纺丝法制备 CNTs 复合纳米纤维
1.实心碳纳米纤维的制备
制备 CNFs 有两种方法，即静电纺丝法和化学气相沉积（CVD）法。化学气相沉积(CVD) 法是利用低廉的烃类化合物作原料，在一定的温度（500℃～1000℃）下，使烃类化合物在金属 催化剂上进行热分解来合成碳纳米纤维的方法。
静电纺丝法是近年来报道的一种制备碳纳米纤维的新方法。1996 年，Reneker 等[4]利用静电 纺丝法制备了 PAN 纳米纤维，再经热处理得到了 CNF。从此，静电纺丝制备 CNF 备受关注。 静电纺丝制备 CNF，一般都要经过以下几个过程：首先静电纺丝制备 CNF 的前躯体纳米纤维， 其次把前驱体纳米纤维在空气中预氧化，最后将其在保护气氛（如 N２）中高温碳化。静电纺 CNF 的前驱体中，由于聚丙烯腈（PAN）含碳量较高且其碳化得到的 CNF 的结构多样、可控等优点， 因此 PAN 基 CNF 研究最多，除了 PAN 之外，还研究其他前驱体纳米纤维，经过预氧化和碳化 获得 CNF，如：PI、PVP、酚醛树脂、PVA 和纤维素等等[5-12]，如表 1 所示。除了制备常规的 CNF， 静电纺丝还可制备一些异形结构 CNF，如多孔 CNF 和中空 CNF 等。Ji 等[13]静电纺制备 PAN／ PLLA 复合纳米纤维，经过预氧化和碳化，PLLA 被除去，获得了多孔 CNF。Lallave 等[14]利用同 轴静电纺丝以单一的木质素为前驱体获得了中空 CNF。
6.结语
CNFs 在电极材料、储氢材料、催化剂载体等诸多领域显示出良好的应用前景，但是对于静 电纺碳纳米纤维的应用，有几个方面需要进一步深入研究，如对单根碳纳米纤维力学性能的研究， 以及提高静电纺碳纳米纤维的力学性能和改善纤维表面等从而使其在许多领域的应用更具有明 显的优势。而对于静电纺丝制备的 CNTs 复合纳米纤维来说，它具有优异的力学、电磁学、热学 等性能，在许多领域都有广泛的应用。虽然关于它的研究已有很多报道，但还只是处于初级阶段。 世界上许多国家尤其是美国特别重视碳纳米纤维和碳纳米管的研究，我们没有理由等闲视之，应 抓住机遇，加强碳纳米纤维和碳纳米管技术的理论和应用研究，推动 CNFs 和 CNTs 在静电纺丝 技术中的研究发展。
静电纺丝制备的碳纳米纤维形成的纤维膜气流阻力小，孔隙度高而孔径小，比表面积高，表 面黏结性好，是高效的过滤材料。东华大学的丁彬小组[20]以苯并噁嗪为前驱体，利用原位聚合和 静电纺丝制备了含有 Fe3O4 的多孔 CNF，其过程如图 1。这种多孔复合纳米纤维比表面积非常大 和孔隙率较高，能够高效的吸附水中的染料和具备磁分离性能，可应用水处理方面。
静电纺丝制备的碳纳米纤维由于不需要添加导电添加剂和黏结剂，在用作锂离子二次电池阳 极材料方面有一定优势，但是由于大部分纤维石墨化程度低，不能像天然石墨一样提供低的不可
逆容量。Kim 等[17]将制备的 PAN 基碳纳米纤维 1 000℃热处理后，电流密度 30 mA/g 时，可逆放 电容量 450 mA·h/g，略微高于天然石墨，而不可逆容量高达 500 mA·h/g。Nan[18]在聚丙烯酸/二甲 基乙酰胺前驱体溶液中加入正硅酸乙酯和盐酸，通过静电纺丝制备出含有 SiO2 的碳纳米纤维， 使用氢氟酸去除掉 SiO2 纳米粒子，得到的纤维比表面积达到 950 m2/g，用作锂离子二次电池阳 极材料时首次循环容量达到 730 mA·h /g。Joshi 等[19]尝试了将碳纳米纤维膜作为染料敏化太阳电 池的对电极，虽然碳纳米纤维相对铂（Pt）对电极成本较低，但是，碳纳米纤维为对电极组装的 电池效率相对较低，但提出制备更薄的，孔洞更多的碳纳米纤维膜会降低电池总电阻，提高电池 效率。 2.2 吸附材料
比 0％
CNF 表
低
木
s的 面
残
质 素
-
20-35 碳
积
炭
DMF/水 wt.%
源
大
率
所
制
备
CNF 的
s的 碳
制
碳
纤
造
NMP/T
源， 维
工
HF/
分
具
艺
CH3OH/ 10-20
离有
复
PI
DMAc
wt.% B
分
离
和
凝高
胶机
DMAc/D
电
械
脱
PV
MF/
7-25
解
性
碳
DF
丙酮
wt.%
形态结构和力学性能
-
氯仿
-
电和介电性能
导电添加剂和填料的影
-
DMF
0.25
响
MWN T
PAN
MWN T
PAN
MWN T
PAN
MWN T
PMMA
-
70000
-
350000
SWNT PMMA
996000
MWN
T
PS
185000
PS
MWN
T
PLA
-
180000
SWNT PLA/PAN -
MWN
T
PCL
-
CNT
海藻酸钠 -
MWN
T
PET
19200
MWN
T
PEO
900000
DMF DMF DMF
0-10
各向异性导电性
振动技术在静电纺丝应
2
用
获得连续纱线，表面
1
形态和机械性能的表征
DMF
5
拉伸性能
依赖于温度的电阻和形
氯仿
0-1
态
DMF/TH F (2:3)
0.8,1.6
生产具有非塌陷和表面 多孔结构的中空纳米纤 维
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