静电纺丝法制备纳米纤维及其电化学性能研究(4)
1.2.2静电纺丝的应用
鉴于静电纺丝技术操作简单，工艺条件容易实现，相比于传统复杂的工艺技术拥有更好的推广性，而且能连续均匀的获得纳米纤维。纳米纤维是指直径为纳米尺度而长度较大的具有一定长径比的线状材料，狭义上讲，纳米纤维的直径介于1 nm到100 nm之间，但广义上讲，纤维直径低于1000 nm的纤维均称为纳米纤维[14]。这是因为聚合物纳米纤维在1000 nm以内就具有了许多特殊性能。这对于生物医药，过滤膜，防护服等商品及行业领域都带来了很好性能优异的材料。而且除了我们日常生活中所能接触到的应用之外，对于许多科学研究具有重大意义。S.Ramakrishna[15]等人在生物方面取得些许突破，他们发现纳米纤维可用做支撑材料，承载着胚胎干细胞去治疗那些基本没有自愈能力或者是自愈能力较差的组织，比如软骨和骨骼损伤。
1.3电极材料研究进展
由超级电容器的结构可知，电极是整个电容器的核心材料，碳材料、金属氧化物和导电聚合物是目前超级电容器电极材料中应用较为广泛的[3]。碳材料由于开研究时间较长，目前已经基本成熟，并且应用十分广泛，主要包括活性炭，碳黑，纳米碳纤维等一系列比表面积较大，内阻较小的碳材料。因此它具有很多显而易见的优点，原料丰富，来源广泛，成本节约，便于加工，基本无毒无害，稳定性较好。但在具体的使用过程中，与理论值相差较大，这是由于这类多孔碳材料并不是所有的孔隙都能得到很好的利用，因此在实际使用过程中还应该对碳材料进行活化或改性。过渡金属氧化物主要包括两大类，贵金属氧化物RuO2、IrO2等和贱金属氧化物MnO2、NiO[10.11.16-18]。其中RuO2的研究为主，它拥有很多其他电极材料无法相比的优良性能，导电性能极好，阻抗小，比电容高达768 F•g-1[19]。但它的价钱昂贵，不适合大范围推广应用。因此很多科学家还是致力于电化学性能相对较差，但成本较低的电极材料，这更适合大规模的生产及使用。导电聚合物材料具有优异的电导性能,内阻较小，比电容很大, 通常可以达到活性炭材料的3~4倍。
经过研究发现，有特殊形貌结构的材料更受关注，因此可通过静电纺丝连续均匀的获得高分子掺杂的金属盐纳米纤维，再进一步煅烧得到金属氧化物纳米纤维从而测其电化学性能，此方法简单易行，还可以通过不同条件针对性的设计实验思路，实现对于材料结构组成的调控，进而提高超级电容器的性能。
1.4本论文主要研究内容及意义
对于生产生活而言，在我们得到一种优良性能的材料之后，要对材料本身充分加以利用，首先要得到制备这种材料最简单易行的方法，优化实验流程，使得整个过程可以工业化复制。其次还要获取在不同的实验条件下材料变现性能的规律，以确定最佳实验方案。
本论文旨在研究静电纺丝法制备纳米纤维及其电化学性能。首先是探究一种新的操作简单，实验条件易达成的制备纳米纤维的方法。根据文献记载选取高分子聚乙烯吡咯烷酮（PVP）做掺杂，经过条件优化，通过静电纺丝法制备出高分子包裹的Ni(CH3COO)2纤维。再将得到的纳米纤维经过高温煅烧得到NiO电极材料，可以通过改变反应条件，如煅烧温度，煅烧时间，Ni(CH3COO)2含量，制备出10个左右的样品，并采用XRD、SEM和TEM等手段对其进行结构表征，观察它们形貌特点。通过测试各个样品的电化学性能并进行绘图分析计算，获得最佳制备条件及最大比电容数值。
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