用于染料敏化太陽電池對電極的柔性碳納米纖維膜研究.pdf

1、碳納米纖維膜（CNFs）具有優(yōu)異的拉伸強度、熱穩(wěn)定性、導電性和催化活性，是近年來世界各國科研工作者的研究熱點。然而，較差的彎曲性能以及本身的脆性嚴重限制了其在復合材料領域的應用。為改善這一缺陷，本文首先以聚丙烯腈（PAN）、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、堿式乙酸鋁（Al(OH)C4H6O4）為前驅體，采用靜電紡絲工藝制備了不同Al(OH)C4H6O4含量的復合納米纖維膜。其中，所用Al(OH)C4H6O4與PAN的質量比分別為1.6:1、2

2、.4:1、3.2:1和4.0:1。研究了不同Al(OH)C4H6O4含量的復合納米纖維的形貌、直徑分布、化學成分，并根據(jù)熱重分析（TGA）的結果初步確定將700℃作為碳化溫度。
　　隨后，將PAN/PVP和PAN/PVP/Al(OH)C4H6O4進行預氧化和碳化處理，分別得到CNFs和氧化鋁（Al2O3）/碳（C）復合納米纖維膜（ACNFs）。采用場發(fā)射掃描電鏡（FE-SEM）、透射電鏡（TEM）、X射線衍射儀（XRD）、傅里葉紅

3、外光譜儀（FT-IR）、多功能力學測試儀和四探針測試儀等表征方法進行研究。結果表明，CNFs表面光滑且?guī)в形⒖祝瑪嗔褜嶒炞C明CNFs是脆性材料。ACNFs表面粗糙，可以清楚看到γ-Al2O3和CNFs的相分離， CNFs的表面存在有γ-Al2O3。隨著γ-Al2O3含量的增加，ACNFs的彎曲剛度和彎曲模量大幅降低，這表明其彎曲性能得以提升。提高CNFs可彎曲性能的主要原因是γ-Al2O3本身具有柔韌性。同時，γ-Al2O3含量的增加導

4、致了ACNFs導電性能下降。綜合力學、電學性能選取質量比Al(O H)C4H6O4:PAN為2.4:1，此時復合碳納米纖維膜的彎曲剛度為65.42±0.67 mN·mm2，彎曲模量為10.90±0.11 MPa，電阻率為16.264Ω·cm。
　　在此基礎之上，研究了不同碳化溫度對于ACNFs力學和電學性能的影響。結果顯示，ACNFs的平均直徑隨著碳化溫度的升高而降低，纖維直徑分布隨著碳化溫度的升高而趨于均勻。隨著碳化溫度的升高，

5、ACNFs的可彎曲性略微下降，但導電性有明顯提高。綜合力學、電學性能選取800℃作為碳化溫度，此時復合碳納米纖維膜的彎曲剛度為70.38±1.28 mN·mm2，彎曲模量為13.60±0.25 MPa，電阻率為12.104Ω·cm。
　　最后，選用質量比Al(OH)C4H6O4:PAN為2.4:1，碳化溫度為800℃制備ACNFs，將其作為對電極組裝柔性染料敏化太陽電池（FDSSC），并對FDSSC的性能進行表征。同時對FDSSC