摘 要

静电纺丝技术是目前广为接受的一种制备聚合物纳米纤维的方法，因其制备工艺简便，可控性强，所以在各个领域得到了广泛应用。通过静电纺丝技术可以把溶于适当溶剂中的高聚物如聚偏氟乙烯（PVDF）在强电场作用下交织成形貌和性能优良的PVDF膜材料。因PVDF本身具有诸多优良性能，如压电性、热稳定性、耐化学腐蚀性、柔韧性等，同时采用静电纺所得到的PVDF膜又具有一定的孔隙率和黏结性，进而把PVDF膜和有机或无机添加物加以复合改性，便能赋予其更多新的功能。石墨烯（Graphene）作为一种持续火热的二维材料，出于其无与伦比的导电性能、机械性能、比表面积和导热性等独特优异的性能，被称为“黑金”。本文则首先将石墨烯与PVDF通过简单真空抽滤的方法进行复合，但出于该方法添加石墨烯对PVDF膜的性能提升不明显，故决定改用类石墨烯材料——二硫化钼（MoS₂），由于MoS₂具有优异的润滑性、催化性能、各向异性、光电效应，所以MoS₂的引入可有效改善PVDF纯电纺膜的综合性能。对此，本文通过对其结构和性能进行表征，证实得到一种新型且性能优异的电纺纤维复合膜材料。

关键词：静电纺丝；二维层状材料；石墨烯；二硫化钼

Abstract

Electrospinning technology is widely accepted as a method for preparing polymer nanofibers. Because of its simple preparation process and strong controllability, it is widely used in various fields. By electrostatic spinning technology can be dissolved in the appropriate solvent in the polymer such as polyvinylidene fluoride (PVDF) under the action of a strong electric field to deal with the shape and performance of PVDF membrane material.Because PVDF itself has many excellent properties, such as piezoelectricity, thermal stability, chemical resistance, flexibility, etc., while the use of electrospinning PVDF film has a certain porosity and adhesion, and then the PVDF film and Organic or inorganic additives to be compound modified, will be able to give it more new features.Graphene is known as "black gold" as a continuously hot two-dimensional material that is uniquely superior to its unparalleled conductivity, mechanical properties, specific surface area and thermal conductivity.In this paper, graphene and PVDF are first compounded by simple vacuum filtration. However, the addition of graphene to the PVDF membrane is not obvious. Therefore, it is decided to switch to graphene molybdenum (MoS2 ),because MoS2 has excellent lubricity, catalytic performance, anisotropy, photoelectric effect, so the introduction of MoS2 can effectively improve the comprehensive performance of PVDF pure electrospinning.In this paper, a novel and excellent electrospun fiber composite membrane material was obtained by characterizing its structure and properties.

Key Words：Electrospinning; two-dimensional layered material; graphene; molybdenum disulfide

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 静电纺丝技术简介 1

1.3 聚偏氟乙烯（PVDF）简介 2

1.3.1聚偏氟乙烯物化性能 2

1.3.2 静电纺丝法制PVDF膜 2

1.4 二维层状超薄材料 3

1.5 石墨烯简介 3

1.5.1石墨烯结构及性能 3

1.5.2 石墨烯的制备 5

1.6 二硫化钼及其水热合成法 5

1.6.1 二硫化钼简介 5

1.6.2 水热法合成二硫化钼 6

1.7 课题研究目的及意义 7

第2章 实验部分 8

2.1 实验仪器与试剂 8

2.1.1 实验仪器 8

2.1.2 化学试剂 8

2.2 PVDF电纺膜的制备 9

2.3 PVDF/石墨烯复合膜的制备 10

2.3.1 石墨烯分散液的制备 10

2.3.2 抽滤石墨烯分散液 10

2.4 PVDF/石墨烯复合膜的表征 10

2.5 PVDF/二硫化钼复合膜的制备 10

2.6 PVDF/二硫化钼复合膜的表征 10

2.6.1 纽扣电池的组装 11

2.6.2 电化学性能的测试 11

第3章 结果与讨论 12

3.1 红外结果分析 12

3.2 拉曼分析 13

3.3 XRD分析 14

3.4 热性能分析 14

3.4.1 DSC分析 14

3.4.2 热重分析 15

3.5 SEM分析 16

3.6 力学性能分析 18

3.7 导电性能分析 18

3.8 电化学性能分析 19

3.8.1 充放电测试 19

3.8.2 循环伏安测试 21

3.8.3 交流阻抗分析 21

第4章 结论 23

参考文献 24

致 谢 27

第1章 绪论

1.1 引言

当前，全球经济迅猛发展，能源的消耗大大增加，人们对新型能源材料越来越关注，寻求成本低、效能高、环境友好的新型能源材料是大势所趋，也是能源材料长久发展的永恒目标。从广义上来看，能源型工业和能源型技术所需要的材料，都可以被称为能源材料。但是在新材料的角度来看，能源材料指在发展中的、对建立新能源系统有帮助的、能满足各类新能源以及节能技术的各种特殊要求的材料^[1]。当前，如何满足社会对于能源材料的重大需求，是科学研究中的重要工程技术问题。

在储能材料领域，人们对于储能材料性能的需求也不断上涨。高聚物、碳材料以及金属的氧化物作为电池电极材料中最主要的三类，把这三类电极材料中的两种或者三种材料经过物理或者化学的复合可以得到性能优于单一组分的新电极材料，复合后的电极无论是比容值还是稳定性都比最初的电极材料要好^[2]。在经济快速发展的今天，人们对可弯曲变形、可折叠的电子设备越来越关注，而电子设备中的电化学储能设备也理应不同于以往，我们需要它既具有高的能量密度，还要具有长的循环使用寿命、良好的柔韧性等。但是直到今天，设计出能合理应用的柔性的高储能设备仍然面临着无比巨大的挑战，目前，已经有相关报道过与柔性器件相关材料的制备、组装等，但是，其综合性能往往不够理想。比如传统的石墨碳的材料具有良好的结构稳定性，但是它的比容量较低；而金属及其硫化物、氧化物材料等比容量较高，但是结构稳定性较差，当电池在充放电过程中会存在体积膨胀等问题，这就在很大程度上影响了电池的使用^[3]。因此，发展新型的柔性设备是有很大的需求量的。

1.2 静电纺丝技术简介

静电纺丝又称为电纺丝，它是通过强电场的作用，把电荷传递给聚合物的熔体（或溶液），在电场力的作用下，带电的电纺丝能能均匀覆盖到带电的接收屏上，接收屏上的电纺丝经熔融冷却或溶剂蒸发而固化，再经拉伸即可得到纤维状物质的新型纺丝技术。静电纺丝技术备受人们关注，因为它可以将高压电场、纤维以及高倍拉伸融合到一个成型技术中^[4]。静电纺丝过程中，纤维经过高压电场的拉伸作用、溶剂挥发导致的重结晶作用后，可以形成和原料晶体结构不同的新晶体结构。在大于1kV的高压电场的拉伸作用下，可使α晶型转变成β晶型。采用静电纺丝得到的纤维膜具有很多优点，如孔隙率高、比表面积大、尺寸及表面形貌可控、成分可控等，已被广泛应用于滤膜、催化载体、复合增强、光电磁等领域^[5]。