实心碳纳米纤维简介

来源：电纺期刊

实心碳纳米纤维简称CNFs，它是由多层石墨片卷曲而成的纤维状纳米炭材料，它的直径一般在10 nm～500nm，是介于纳米碳管和普通碳纤维之间的准一维碳材料，具有较高的结晶取向度、较好的导电和导热性能。碳纳米纤维除了具有化学气相沉积法生长的普通碳纤维低密度、高比模量、高比强度、高导电、热稳定性等特性外，还具有缺陷数量少、长径比大、比表面积大、结构致密等优点。它是一种高性能纤维，既具有碳材料的固有本征，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代军民两用新材料，已广泛用于航空航天、交通、体育与休闲用品、医疗、机械、纺织等各领域。

制备CNFs 有两种方法，即静电纺丝法和化学气相沉积（CVD）法。化学气相沉积(CVD)法是利用低廉的烃类化合物作原料，在一定的温度（500℃～1000℃）下，使烃类化合物在金属催化剂上进行热分解来合成碳纳米纤维的方法。

静电纺丝法是近年来报道的一种制备碳纳米纤维的新方法。1996 年，Reneker 等利用静电纺丝法制备了PAN 纳米纤维，再经热处理得到了CNF。从此，静电纺丝制备CNF 备受关注。静电纺丝制备CNF，一般都要经过以下几个过程：首先静电纺丝制备CNF 的前躯体纳米纤维，其次把前驱体纳米纤维在空气中预氧化，后将其在保护气氛   （如N_２）中高温碳化。静电纺CNF 的前驱体中，由于聚丙烯腈（PAN）含碳量较高且其碳化得到的CNF 的结构多样、可控等优点，因此PAN 基CNF 研究多，除了PAN 之外，还研究其他前驱体纳米纤维，经过预氧化和碳化获得CNF，如：PI、PVP、酚醛树脂、PVA 和纤维素等等，如表1 所示。除了制备常规的CNF，静电纺丝还可制备一些异形结构CNF，如多孔CNF 和中空CNF 等。Ji 等静电纺制备PAN／PLLA 复合纳米纤维，经过预氧化和碳化，PLLA被除去，获得了多孔CNF。Lallave 等利用同轴静电纺丝以单一的木质素为前驱体获得了中空CNF。

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