混杂功能化MWCNTs的PAN纳米纤维及碳纳米纤维制备研究的综述报告

混杂功能化MWCNTs的PAN纳米纤维及碳纳米纤维制备研究的综述报告摘要：本文主要综述了混杂功能化多壁碳纳米管(MWCNTs)与聚丙烯腈(PAN)挤出纺丝制备碳纳米纤维(CNF)的研究进展。通过对文献资料的收集和整理，总结了混杂功能化MWCNTs对CNF性能的改善、制备工艺的优化以及未来发展方向的探讨。关键词：多壁碳纳米管、聚丙烯腈、碳纳米纤维、混杂功能化、制备工艺引言：碳纳米纤维(CNF)因其优异的力学性能、导电性能以及热学性能等，被广泛应用于航空、航天、能源、医疗等领域。目前，制备CNF的主要方法包括炭化法、气相沉积法、电纺丝法、涂覆法等，其中电纺丝法具有制备工艺简单、成本低、可控性好等优点，因而受到研究者的广泛关注。然而，CNF的导电性能和力学性能尚不能满足实际需求，因而需要引入适量的多壁碳纳米管(MWCNTs)来改善其性能。并且，通过对MWCNTs进行表面改性可以进一步改善CNF的性能。本文将综述MWCNTs在CNF制备中的应用以及如何进行表面改性以期望提高CNF性能。同时，对未来混杂功能化MWCNTs与PAN挤出纺丝制备CNF的研究方向进行展望。1.混杂功能化MWCNTs对CNF性能的改善MWCNTs的高比表面积可以增强CNF中基体的导电性和机械强度，同时通过合理的表面改性可以提高MWCNTs与基体的结合能力。MWCNTs的添加量和表面改性方法均能影响CNF的性能。举例而言，Yan等人在研究中发现，当MWCNTs的质量分数为0.5%时，CNF的导电性能得到显著提升，说明适当的添加量可以改善CNF的性能。同时，表面改性是将MWCNTs与基体结合更紧密的一种方法。在研究中，常见的表面改性方法包括氧化改性、聚合改性、功能化改性等。Gao等人通过在MWCNTs表面引入硝基基团来改善MWCNTs和PAN基体的相容性，发现MWCNTs对于CNF导电性能和力学属性的改善贡献是非常显著的。因而，引入MWCNTs并进行表面改性可以在最大化提高CNF性能方面发挥很重要的作用。2.制备工艺的优化制备CNF的过程中，挤出纺丝是一种有效的方法。其适用于大规模制备CNF因而被广泛应用。为了提高CNF的制备效率和性能，目前的研究重点在于挤出纺丝方法、纤维结构优化和炭化条件的优化。在制备方法方面，如果采用双螺杆挤出机，可以较低地实现MWCNTs/CNF的均匀分散。同时，如果设置一个高速旋转的静电纺丝器可以在纺丝过程中使得纤维的柔性增强，从而提高纤维的拉伸性能。在纤维结构优化方面，通过调节温度、相对湿度、挤出速率等参数可以改变纤维的直径、形貌、孔隙度等结构特征。在炭化条件优化方面，可通过控制炭化温度和炭化时间来改变CNF的结构和性能，从而实现定制化生产。3.未来的发展方向未来的发展趋势包括但不限于以下几点：（1）开发新的功能化MWCNTs和PAN材料，以更好地适应不同领域中对CNF性能的需求。（2）探索其他制备方法如：飞行时间质谱，可用于研究CNF的形貌、尺寸、物理化学特性等。（3）混合其他纳米材料如石墨烯、氧化石墨烯等来提高CNF性能。（4）实现标准化制备工艺的框架和流程。结论：这篇综述论文介绍了混杂功能化MWCNTs在PAN挤出纺丝制备CNF的应用，并总结了改善性能和制备工艺的优