實心碳納米纖維簡介

來源：電紡期刊

實心碳納米纖維簡稱CNFs，它是由多層石墨片卷曲而成的纖維狀納米炭材料，它的直徑一般在10 nm～500nm，是介于納米碳管和普通碳纖維之間的準一維碳材料，具有較高的結晶取向度、較好的導電和導熱性能。碳納米纖維除了具有化學氣相沉積法生長的普通碳纖維低密度、高比模量、高比強度、高導電、熱穩定性等特性外，還具有缺陷數量少、長徑比大、比表面積大、結構致密等優點。它是一種高性能纖維，既具有碳材料的固有本征，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代軍民兩用新材料，已廣泛用于航空航天、交通、體育與休閑用品、醫療、機械、紡織等各領域。

制備CNFs 有兩種方法，即靜電紡絲法和化學氣相沉積（CVD）法。化學氣相沉積(CVD)法是利用低廉的烴類化合物作原料，在一定的溫度（500℃～1000℃）下，使烴類化合物在金屬催化劑上進行熱分解來合成碳納米纖維的方法。

靜電紡絲法是近年來報道的一種制備碳納米纖維的新方法。1996 年，Reneker 等利用靜電紡絲法制備了PAN 納米纖維，再經熱處理得到了CNF。從此，靜電紡絲制備CNF 備受關注。靜電紡絲制備CNF，一般都要經過以下幾個過程：首先靜電紡絲制備CNF 的前軀體納米纖維，其次把前驅體納米纖維在空氣中預氧化，后將其在保護氣氛   （如N_２）中高溫碳化。靜電紡CNF 的前驅體中，由于聚丙烯腈（PAN）含碳量較高且其碳化得到的CNF 的結構多樣、可控等優點，因此PAN 基CNF 研究多，除了PAN 之外，還研究其他前驅體納米纖維，經過預氧化和碳化獲得CNF，如：PI、PVP、酚醛樹脂、PVA 和纖維素等等，如表1 所示。除了制備常規的CNF，靜電紡絲還可制備一些異形結構CNF，如多孔CNF 和中空CNF 等。Ji 等靜電紡制備PAN／PLLA 復合納米纖維，經過預氧化和碳化，PLLA被除去，獲得了多孔CNF。Lallave 等利用同軸靜電紡絲以單一的木質素為前驅體獲得了中空CNF。

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