离子液体法构筑石墨烯复合导电纤维及其性能的调控机制

基本信息
批准号:21776276
项目类别:面上项目
资助金额:64.00
负责人:聂毅
学科分类:
依托单位:中国科学院过程工程研究所
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:董陶,徐俊丽,李优,康召青,秦从雯,韩久利,张振磊
关键词:
离子液体石墨烯导电纤维热力学性质参数导电性能
结项摘要

Graphene provides an innovation chance for further improving properties of conductive fibres according to its special nanostructure, excellent conductivity and mechanical property. How to disperse graphene well in solvent and polymer is the difficulty and urgent question for constructing of graphene/cellulose conductive fibers. A novel method is put forward on dispersing graphene using ionic liquids (ILs), dissolving cellulose at the same time, and preparing graphene/cellulose composite conductive fibers via dry-jet wet-spinning. The interactions between IL and graphene, graphene and cellulose, will be studied by molecular simulation. Structures and properties of ILs will be designed and control graphene dispersion, cellulose dissolution, furthermore control three-dimensional conductive network structures, and conductivity and mechanical property of fibers. Three key scientific problems, such as interaction between IL and graphene, interaction mechanism among IL, graphene, and cellulose, relationship between nano-micro structure and conductivity, will be settled. The study will provide scientific foundation for constructing graphene/cellulose composite fibers by ILs, and promote the conductive fibers applied in chemical engineering, materials, and medical fields.

石墨烯因其特殊的纳米结构及优异的导电性和力学性能,为进一步提高复合型导电纤维性能提供了新契机,而如何实现石墨烯在溶剂与高分子聚合物中均匀分散是构筑高性能石墨烯复合导电纤维亟待解决的关键和难点。本项目提出离子液体分散石墨烯、且同时溶解纤维素、经干湿纺丝制备石墨烯/纤维素复合导电纤维的新方法;采用分子模拟探究离子液体-石墨烯、石墨烯-纤维素的相互作用,通过离子液体的结构与性质调控石墨烯分散和纤维素溶解,进而调控石墨烯-纤维素三维导电网络结构的形成、及导电纤维的导电性和力学性能;结合实验、谱学表征和模拟计算,突破离子液体-石墨烯的相互作用机制、离子液体-石墨烯-纤维素的分子作用机理、石墨烯修饰的纤维素纳微结构与导电性能关系三个关键科学问题,为离子液体法构筑石墨烯复合导电纤维的研究提供科学基础,促进其在化工、材料和医药领域的重大应用。

项目摘要

石墨烯和碳纳米管因其特殊的纳米结构及优异的导电性能和力学性能,为构筑复合型导电纤维提供了新契机,而实现石墨烯/碳纳米管在溶剂中的均匀分散性以及探讨碳纳米粒子与高分子聚合物的相互作用,优化石墨烯/碳纳米管与聚合物基体之间的表界面相互作用是构筑高性能碳纳米粒子复合导电纤维亟待解决的关键和难点。本项目建立了二种构筑石墨烯/碳纳米管-聚合物复合导电纤维的新方法。一是以离子液体为溶剂分散石墨烯/碳纳米管,同时溶解纤维素,经干湿纺丝制备石墨烯/碳纳米管-纤维素复合导电纤维;二是以水为溶剂,离子液体为分散剂制备石墨烯/碳纳米管导电分散液,通过湿法涂覆的手段在聚合物纤维表面覆盖碳纳米导电层获得碳纳米导电纤维。采用分子模拟探究离子液体-石墨烯/碳纳米管、石墨烯/碳纳米管-聚合物的相互作用,碳纳米管与聚酯可以通过芳香环与碳纳米管侧壁的π电子发生π-π作用而形成稳定体系,其结合能为-2.78 kal/mol。通过离子液体的结构与性质调控石墨烯/碳纳米管的分散性和纺丝液性能,进而调控导电网络结构的形成及导电纤维的导电性能和力学性能。石墨烯/碳纳米管-纤维素复合导电纤维电导率可达到1195 S/m,比表面积为167 m2/g,体积比电容为709 F/cm3;涂覆型复合导电纤维表面电阻为732 Ω/cm,水性分散液对涤纶纤维润湿功为86.45 mN/m,纤维断裂强度为261 MPa。导电织物方块电阻可达到11.56 Ω/sq,在12 V电压下电发热织物稳态温度可达到140 ℃。结合实验、谱学表征和模拟计算,突破了离子液体-石墨烯/碳纳米管-聚合物的相互作用机制和分子作用机理以及石墨烯/碳纳米管修饰的导电纤维纳微结构与导电性能关系的关键科学问题。这项研究一方面为制备高导电性、良好力学性能和生物相容性的石墨烯/碳纳米管复合导电纤维应用于生物、材料、化工、医药等领域提供理论基础和科学依据,另一方面促进生物质资源和石墨烯/碳纳米管的绿色高值利用,满足人类对环保、可持续发展的需求。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

DOI:10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20201185
发表时间:2021
2

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

DOI:10.16507/j.issn.1006-6055.2021.09.006
发表时间:2021
3

栓接U肋钢箱梁考虑对接偏差的疲劳性能及改进方法研究

栓接U肋钢箱梁考虑对接偏差的疲劳性能及改进方法研究

DOI:10.3969/j.issn.1002-0268.2020.03.007
发表时间:2020
4

氯盐环境下钢筋混凝土梁的黏结试验研究

氯盐环境下钢筋混凝土梁的黏结试验研究

DOI:10.3969/j.issn.1001-8360.2019.08.011
发表时间:2019
5

气载放射性碘采样测量方法研究进展

气载放射性碘采样测量方法研究进展

DOI:
发表时间:2020

聂毅的其他基金

批准号:21076113
批准年份:2010
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:21576262
批准年份:2015
资助金额:65.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

石墨烯/导电聚合物复合纤维组装体的可控制备及其电容性能研究

批准号:21805003
批准年份:2018
负责人:周琴琴
学科分类:B0905
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
2

石墨烯/环氧树脂多层次界面的构筑及其复合材料导电、力学性能研究

批准号:51803234
批准年份:2018
负责人:黄金瑞
学科分类:E0305
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
3

氧化石墨烯/石墨烯叠层异质结构透明导电薄膜的构筑与性能

批准号:51572265
批准年份:2015
负责人:杜金红
学科分类:E0203
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
4

结构有序的石墨烯/导电聚合物复合薄膜的层层自组装构筑及其热电性能研究

批准号:51102268
批准年份:2011
负责人:姚琴
学科分类:E0207
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目