导电纳米材料在纤维表面的毛细自组装及性能研究-光学工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 南京邮电大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 南京邮电大学学位论文使用授权声明 本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档； 允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文 的内容相一致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院办理。 涉密学位论文在解密后适用本授权书。 摘要 碳纳米管、银纳米线和石墨烯等一维和二维导电纳米材料具有导电性高、机械性能好、 可规模制备和可溶液加工等特点，成为新型透明导电薄膜、锂离子电池电极和异形柔性电极 等的关键基础材料。近年来，由于可穿戴电子器件的迅速发展，以线状电极为代表的柔性电 极成为重要的研究方向。碳纳米管等导电纳米材料可通过纺丝、喷涂、粘结等方式制备导电 纱线。受限于材料性质和加工方法，目前缺乏一种普适性的方法来大规模制备负载量高、柔 性高、导电性高并可调控的导电纱线。在本论文中，我们根据溶液在纤维间的毛细作用原理 和蒸发诱导自组装现象，提出了一种毛细诱导自组装技术，将碳纳米管、银纳米线和石墨烯 等导电纳米材料包裹在尼龙和棉线等纱线上，制备出新型导电纱线。在此基础上，进一步将 导电纳米材料组装在光滑的金属丝上，制成线状电极用于构建全固态超级电容器。具体研究 结果如下： 1. 利用棉、尼龙、涤纶等纱线芯吸效应，即毛细作用，将碳纳米管、银纳米线和氧化石墨烯 的溶液吸附在纤维表面，然后通过蒸发诱导自组装过程，使目标导电纳米材料均匀地包覆 在纤维上，制成导电纱线。通过控制导电纳米材料种类和组装次数，可对导电纱线的线电 阻进行有效调控，电阻值范围覆盖几欧姆到几万欧姆。各类导电纳米材料在制备导电纱线 所展示的导电能力按照银纳米线碳纳米管石墨烯的顺序排列。此外，纱线的纤维的紧密 度对导电性能影响显著。尼龙纱线中的纤维排列均匀紧密，因而比其他纱线更易获得高导 电性能。其中银纳米线修饰的尼龙纱线的导电性最好，其线电阻可低于 2 Ω/cm（电导率 超过 150 S/cm）的导电纱线。 2. 采用原位观测技术，研究银纳米线在光滑金属丝表面的毛细自组装过程。将金属丝缠绕成 束形成微尺度线间孔隙，实现了金属丝间的毛细管的构建用于吸附碳纳米管、石墨烯等溶 液，继而通过自组装在在光滑金属丝表面包覆碳纳米材料，制成线状电极用于组装线状超 级电容器。其中镍丝表面自组装单壁碳纳米管后的电极制备固态的线状超级电容器 （LiCl/PVA 作为凝胶电解质）展现出优异的性能，在扫速 10 mV/s 时的比电容达到 34.7 F/g， 在 0.8 A/g 的电流密度下充放电 3000 次电容值仍保留 86%。 关键词: 导电纱线，线状电极，毛细自组装，碳纳米材料，超级电容器。 I Abstract Carbon nanotubes (CNTs), silver nanowires and graphene, which are typical one-dimensional and two-dimensional conductive nanomaterials with high conductivity, good mechanical properties, feasibility of large-scale production and solution-processing, have become a new type of fundamental materials of flexible electrodes for transparent conductive films, lithium ion batteries and special- shaped devices. In recent years, driven by the rapid development of wearable electronic devices, flexible electrodes represented by wire-shaped ones have become an important research direction. The cond