静电纺丝造备铜-碳纳米管复合质料用于先辈导体

ACS Applied Nano Materials：静电纺丝制备铜-碳纳米管复合质料用于先辈导体

DOI: 10.1021/acsanm.0c01236

与铜（Cu）电阻相干的功率消耗引起了人们对开辟先辈导体的极大兴趣，该类导体将碳纳米管（CNT）联合到Cu基质-超导Cu（UCC）复合质料中，以进步种种产业和住宅应用中的能源服从，包罗电力传输、扭转机器以及电子设置装备摆设。为了餍足这一需求，研究者形貌了一种基于静电纺丝的聚合物纳米纤维模板化计谋，用于制备电气和机器性能优于铜的UCC复合质料。该要领涉及将含CNT的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）基溶液电纺成定向PVP/CNT纳米纤维，沉积在Cu箔基板上，然后通过真空帮助热去除CNT基质中的有机溶剂/聚合物，以在铜外貌形成匀称漫衍的碳纳米管层。Cu-CNT-Cu复合质料在分外Cu沉积后，体现出与参照Cu相似的导电性、更高的载流本领和改进的机器性能。紧张的是，经热处置惩罚后，CNT网络的拉曼阐发表现出加强的金属特性，从而加强了UCC复合质料的电性能。是以，这些性能特性以及本要领的贸易可行性可认为设计用于遍及电气体系和产业应用的先辈导体开发新的大概性。

图1.（a）静电纺丝设置表示图，（b）制备Cu-CNT-Cu复合质料的工艺流程。碳纳米管层的颜色改变（浅灰色至玄色）与沉积后热处置惩罚后有机化学物质的去除有关。

图2.在600℃真空中举行热处置惩罚前后，利用含（a）2wt％PVP和（b）7.5wt％的PVPH2O/EtOH/PVP配方在Cu上举行静电纺丝CNT涂层的典范SEM图像。

图3.通过DMF/PVP配方在铜上制备电纺CNT纤维的典范SEM图像。PVP含量为（a）5wt％、（b）7.5wt％和（c）10wt％，（d）、（e）和（f）分别表现了在600℃的真空中撤除PVP后雷同样品上的CNT涂层（有关细致信息，请拜见文本）。

图4.热处置惩罚前后，电纺CNT（由10wt％PVP疏散液制成）涂层的偏振拉曼光谱，用532 nm激光引发记载。（a）G波段地区。G+带的峰位置用虚线表现。以10s的曝光时间网络光谱。（b）与原始SWCNT相比，雷同热处置惩罚样品的RBM地区。通过真空热处置惩罚从CNT基质中去除PVP（c）之前和（d）之后，对付10wt％PVP/CNT体系，G+带强度与入射激光偏振和纳米管轴之间角度（曝光时间：1s）的典范极坐标图。角度依靠性由拉曼强度和偏振角（实线）之间的cos2（θ）比例形貌。

图5.（a）在初始阶段和（b）在完成Cu沉积时，CNT-Cu上Cu笼罩层的外貌形态演化。（c）退却火Cu-CNT-Cu复合质料的低倍和（d）高倍放大图像。在（b）和（c）中的纵向标志是在Cu带的轧制历程中引起的。

图6.由含（a）5wt％PVP和（b）10wt％PVP的CNT疏散液制备的Cu-CNT-Cu样品的STEM图像。前者阐明了整个CNT层厚度的多孔性。（b）的插图表现了CNT层中的Cu纳米颗粒和单个原子。（c）和（d）中的高倍率ABF图像清晰地表现了两个样品中纳米管的布局。

图7.由含5、7.5和10wt％PVP的静电纺丝溶液制备的Cu-CNT-Cu复合质料电阻率的温度依靠性。为了举行比力，还表现了在袒露于与复合样品雷同加工条件之前和之后29µm厚纯Cu的电阻率数据。（b）与纯Cu参拍照比，在12µm厚的铜带上举行雷同加工的Cu-CNT-Cu（10wt％PVP）的温度依靠性电阻率。细致，差别样品两次丈量的数据在（a）中表现为5、7.5和10wt％，在（b）中表现为10wt％，以阐明可重复性。

图8.（a）以差别PVP/DMF先驱体配方在29µm厚的Cu上制备Cu-CNT-Cu复合质料，其电阻率随电流密度的改变。为了举行比力，包罗袒露在与复合样品雷同热处置惩罚条件下的参考铜的数据。（b）比力在12µm厚的Cu上制备的含10wt％PVP的Cu-CNT-Cu复合质料及其参照纯品的电流密度性能。失效时的线性外推由点划线表现，并用于估量CCC。

图9.（a）与图7a所示雷同的Cu-CNT-Cu复合质料样品的典范室温拉伸应力-应变曲线（此中CNT层由含有差别PVP浓度的疏散体制备），与制备的铜参照举行比力。（b）Cu-CNT-Cu复合质料的均匀拉伸强度和（c）杨氏模量。直方图中的偏差线是同批次中多个试样的拉伸性能的尺度改变。

文章泉源：易丝帮

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