碳纳米管薄膜材料力学性能研究

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1、硕士学位论文碳纳米管薄膜材料力学性能研究Studyonmechanicalpropertiesofcarbonnanotubefilmmaterials作者姓名：葛勇导师（职称）：李秋副教授学科（专业）：机械工程提交论文日期：2018年3月分类号：学校代码：10066密级：学号：碳纳米管薄膜材料力学性能研究Studyonmechanicalpropertiesofcarbonnanotubefilmmaterials作者姓名：葛勇导师（职称）：李秋副教授一级学科：机械工程学科（专业）：机械工程年级：2015级提交论文日期

2、：2018年3月学位授予单位：天津职业技术师范大学i独创性声明声明：本人所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津职业技术师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津职业技术师范大学有关保留、使用学位论文的规定，特授权天津职业技术师范

3、大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，允许论文被查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日ii摘要柔性锂离子电池是一种能量密度高、循环性能好、轻薄且柔韧性较强的电化学储能元件。碳纳米管薄膜具有良好的柔韧性、高的比表面积和较强电导率，是一种理想的柔性锂离子电池电极材料。碳纳米管薄膜用作电极材料时工作在湿环境之中，这就需要充分认识碳纳

4、米管薄膜材料在湿环境中的力学性能。本文通过宏观拉伸联合原位微拉曼光谱法，研究不同湿环境下碳纳米管薄膜材料的力学性能及其微观机理。本文主要工作所取得的进展如下：（1）开展了碳纳米管薄膜材料在不同湿环境下宏观拉伸力学性能的实验测量，分析了干燥薄膜、不同液体浸湿及浸湿后风干薄膜的力学性能的差异。实验结果表明，经N-丙基甲基哌啶三氟甲磺酰亚胺、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、碳酸丙烯酯三种液体浸湿的碳纳米管薄膜的杨氏模量、拉伸强度基本相同，且比干燥薄膜大幅降低；经碳酸丙烯酯浸湿且风干一段时间的碳纳米管薄膜材料的杨氏模量和拉伸强

5、度明显高于碳酸丙烯酯浸湿的薄膜。（2）开展了碳纳米管薄膜材料不同湿环境下的拉伸-原位微拉曼实验，测量了不同湿环境下碳纳米管薄膜材料拉伸加载期间其内碳纳米管的载荷响应。结果显示，在薄膜变形的第一阶段，不同液体浸湿薄膜的拉曼频移-应变斜率相差不大，且明显小于干燥薄膜，说明不同液体浸湿薄膜在拉伸过程中，其内碳纳米管的变形量相似，且小于干燥薄膜，这使得经液体浸湿后的薄膜杨氏模量基本相同且小于干燥薄膜。经碳酸丙烯酯浸湿且风干的薄膜材料，在变形第一阶段的拉曼频移-应变斜率大于碳酸丙烯酯全浸湿薄膜，使得经碳酸丙烯酯浸湿且风干薄膜的杨氏

6、模量高于全浸湿薄膜。（3）基于以上宏观拉伸和微拉曼实验结果，分析了薄膜内碳纳米管束网络结构的变形过程及其与薄膜宏观力学性能的关联，并对碳酸丙烯酯浸湿后风干薄膜材料的力学性能进行了建模分析。关键词:湿环境，碳纳米管薄膜，力学性能，拉曼光谱iiiAbstractFlexiblelithium-ionbatteryisahighenergydensity,goodcycleperformance,thinandflexibleelectrochemicalenergystoragecomponents,carbonnanotu

7、befilmhasgoodflexibility,highspecificsurfaceareaandhighconductivity,isaKindofidealelectrodematerial.Whenthecarbonnanotubefilmisusedasanelectrodematerial,itisrequiredtofullyunderstandthemechanicalpropertiesoftheelectrodematerialwhenworkinginawetenvironment.Inthisp

8、aper,macroscopictensileandinsitumicro-Ramanspectroscopywasusedtostudythemechanicalpropertiesandmicroscopicmechanismofcarbonnanotubefilmsunderdifferentwetcondit