羧基化碳纳米管改性PAN纳米纤维的制备与性能优化

该论文主要探讨了掺杂羧基化碳纳米管（MWCNTs）的聚丙烯腈（PAN）纳米纤维的制备方法及其特性研究。作者采用静电纺丝技术制备了这种新型的杂化纳米纤维，其目标是提升纤维的结构完整性以及力学性能。通过扫描电子显微镜（SEM）、偏振红外光谱（FTIR）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱和拉伸性能测试等手段，对所得纤维的微观结构进行了深入分析。 研究发现，随着MWCNTs掺杂量的增加，纳米纤维的直径发生显著变化，其中5%（质量分数）的MWCNTs掺杂量被认为是杂化纳米纤维直径的转折点。加入MWCNTs对PAN分子链的取向起到积极影响，使得MWCNTs在纤维中主要沿轴向排列，这有助于提高纤维的力学性能。具体来说，3% MWCNTs/PAN杂化纳米纤维的拉伸强度高达88.6 MPa，拉伸模量达到了3.21 GPa，显示出优异的力学强度。 此外，论文指出传统的湿纺法和空隙纺丝法在制备PAN纤维时，由于凝固过程中的缺陷和纤维结构不均匀（如核-壳结构），可能导致碳纤维的实际强度低于理论预期。而掺杂MWCNTs的方法提供了一种可能的解决方案，通过优化纤维结构来提升最终碳纤维的性能，这对于高性能复合材料，特别是航空、航天、能源和交通等领域应用具有重要意义。 总结来说，这篇论文的核心研究内容包括：掺杂羧基化MWCNTs的纳米碳纤维前驱体的制备工艺，以及这种杂化材料在提升力学性能上的效果。同时，它也提出了一个改进现有纤维制造技术的新途径，以减少结构缺陷并优化纤维性能。这一研究成果对于碳纤维材料科学的发展具有实用价值。