细菌纤维素热解制备碳化纳米纤维与性能研究开题报告

全文总字数：1087字

1. 研究目的与意义

细菌生产的纤维素称为细菌纤维素，也称微生物纤维素。

其已成为国内外生物材料的研究热点之一。

细菌纤维素与天然纤维素化学组成非常相似，都是由葡萄糖以β-1,4-糖苷链连接而成的高分子化合物，但细菌纤维素具有许多不同于植物纤维素的物理、化学和机械性能。

2. 国内外研究现状分析

近年来,关于纳米碳纤维的研究已经引起人们广泛的兴趣。纳米碳纤维具有诸如低密度、高比模量、高比强度、高导电性和较大表面积等许多优良的性能,在吸波、涂层、储氢和锂离子电池等方面有许多应用。细菌纤维素基纳米碳纤维除具有上述性能外,同时具有良好的空间网状结构和低廉的成本。本文通过热解细菌纤维素制备了碳化和石墨化纳米碳纤维,并对制备的碳纤维进行改性和复合处理。采用XRD、Raman、SEM、TEM、BET、表面电阻和锂离子电池充放电、吸氢等测试方法研究了不同热处理温度和复合参数对纳米碳纤维结构和储锂、储氢性能的影响。 XRD和Raman分析表明,低温热解的纳米碳纤维的石墨化程度很低,经过高温石墨化处理后其石墨化程度升高,且随着热解温度的升高,石墨化程度有增大的趋势;采用SEM和TEM对纳米碳纤维的微观形貌进行了观察,结果表明,碳化和石墨化后纤维直径为纳米尺度,并且保持了细菌纤维素的网状结构;HRTEM结果表明,随着热解温度的升高,纤维由无定型的非晶态向有序片状石墨结构的多晶态转变。表面电阻和比表面积测试结果表明,二者均随着纳米碳纤维热处理温度的升高而减小。锂离子电池恒流充放电测试结果表明,经过高温石墨化处理的纳米碳纤维不可逆容量降低,循环稳定性较低温碳化的纳米碳纤维有明显的改善;氧化铜/纳米碳纤维复合材料的充电容量明显升高,循环稳定性也有所改善。吸氢测试结果表明,纳米碳纤维具有一定的储氢性能,但储氢量很低,且随着热解温度升高,其储氢量有所增加;KOH改性后的纳米碳纤维的储氢量较未改性前的储氢量增加很多;纳米碳纤维和镁合金经过球磨所得的复合材料的储氢量较单纯的纳米碳纤维也有很大提高。 本文为制备锂离子电池负极材料和储氢材料提供了一种新的途径,为后续纳米碳材料的制备和相关应用奠定了研究基础。

3. 研究的基本内容与计划

2013年12月起至1月 ，进行材料的预处理及实验，不断改变条件，使实验得以改进。

2014年2月起至4月，改进实验，修正错误。

之后的时间将进行论文的撰写及答辩等工作。

4. 研究创新点

本次论文中所进行的试验，将细菌纤维素经过不同的处理，如冷冻干燥、烘干，进行多个实验组，采用对比试验的方法，将不同环境因素对材料的影响进行细致的分析，通过电镜观察到产物结构，从而得出结论。