一种柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜

本申请涉及纳米纤维膜，尤其涉及一种柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜及其制备方法和应用。背景技术：1、随着可再生能源的发展和电子产品的日益普及，对柔性储能装置的需求正变得越来越迫切。在各种能源设备中，超级电容器因其长循环寿命、高功率密度和快速的充放电时间等特点，因此引起了人们的广泛关注。然而，传统的超级电容器设备太重、太大、太僵硬，无法集成到便携式和可穿戴电子设备。最近，纤维超级电容器在智能可穿戴电子设备领域显示出相当大的潜力。由于纤维超级电容器的微型化、便携性和可穿戴性，它在智能可穿戴电子设备领域显示出相当大的潜力。2、碳纳米纤维因其独特的一维结构、良好的导电性和自支撑特性，而受到广泛关注。碳纳米纤维不仅可以负载活性材料，还可以提高材料的电化学性能。然而，纯碳纳米纤维的纤维直径较粗，碳纳米纤维之间的结构连接不良。这些问题限制了充放电过程中的电荷积累和电解质离子动力学，使得制备得到的超级电容器容量有限且性能较差。虽然可以通过杂原子掺杂碳纳米纤维来改善超级电容器的比电容，但制备得到的碳纳米纤维连续性较差，纤维之间随意排列，无法形成有组织的网络。3、因此，在微观上创造出连续的二维网络结构和宏观上柔性碳纳米纤维仍然是一个挑战。技术实现思路1、为了解决现有技术存在的上述技术问题，本申请提供了一种柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜及其制备方法和应用。2、为了实现上述目的，本申请实施例的技术方案是：3、本申请的第一方面提供一种柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜的制备方法，包括：4、使第一质量分数的聚丙烯腈溶于n,n-二甲基甲酰胺中形成静电纺丝溶液，并使所述静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到蛛网纳米纤维膜基底；5、使第二质量分数的聚丙烯腈溶于所述n,n-二甲基甲酰胺中，并加入mxene/ta混合液，混合均匀后，得到静电喷雾溶液；6、使所述静电喷雾溶液在所述蛛网纳米纤维膜基底上进行静电喷雾，得到二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜；7、使所述二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜在氩气气氛下进行高温碳化，得到柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜。8、结合第一方面优选地，所述使第一质量分数的聚丙烯腈溶于n,n-二甲基甲酰胺中形成静电纺丝溶液时，所述第一质量分数的聚丙烯腈的质量分数为8-15％，所述聚丙烯腈为比例1：1的工业级，且mw为50000。9、结合第一方面优选地，所述使第二质量分数的聚丙烯腈溶于所述n,n-二甲基甲酰胺时，所述第二质量分数的聚丙烯腈的质量分数为1-5％。10、结合第一方面优选地，所述mxene/ta混合液的质量分数为0.1-6％。11、结合第一方面优选地，所述静电喷雾的工艺条件包括：电压为15-30kv，注射泵推进速度为0.05-0.3ml/h，针头与接收装置的距离为5-20cm，环境湿度为33-37％。12、结合第一方面优选地，所述高温碳化的温度为600-1000℃。13、结合第一方面优选地，所述蛛网纳米纤维膜基底的直径为600-800nm，所述柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜的直径为20-50nm。14、本申请的第二方面提供一种第一方面所述方法制备的柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜。15、本申请的第三方面提供一种第二方面所述的柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜用于制备超级电容器中的应用。16、与现有技术相比，本申请实施例的有益效果至少包括：17、本申请实施例提供的制备方法，一方面，通过静电纺丝工艺得到的蛛网纳米纤维膜基底具有丰富的多孔网络结构，能够与二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜相互溶接形成二维拓扑网状结构，经过高温碳化后，形成相互交联的石墨化二维拓扑网络结构；另一方面，碳化后的柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜不仅能够保障优良的机械性能，还能兼具优良的导电性能和电化学性能；第三方面，本申请通过静电纺丝和静电喷雾法制备的柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜，相比于仅通过静电纺丝制备的纳米纤维膜具有连续的组织网结构；相比于杂原子掺杂、刚性纳米离子或聚合物共混、化学交联等纤维膜增强方法，本申请提供的制备工艺具有简单、反应条件温和、原料消耗成本较少的有益效果。技术特征：1.一种柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，包括：2.根据权利要求1所述的柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述使第一质量分数的聚丙烯腈溶于n,n-二甲基甲酰胺中形成静电纺丝溶液时，所述第一质量分数的聚丙烯腈的质量分数为8-15％，所述第一质量分数的聚丙烯腈为比例1：1的工业级，且mw为50000。3.根据权利要求1所述的柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述使第二质量分数的聚丙烯腈溶于所述n,n-二甲基甲酰胺时，所述第二质量分数的聚丙烯腈的质量分数为1-5％。4.根据权利要求1所述的柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述mxene/ta混合液的质量分数为0.1-6％。5.根据权利要求1所述的柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述静电喷雾的工艺条件包括：电压为15-30kv，注射泵推进速度为0.05-0.3ml/h，针头与接收装置的距离为5-20cm，环境湿度为33-37％。6.根据权利要求1所述的柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述高温碳化的温度为600-1000℃。7.根据权利要求1所述的柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述蛛网纳米纤维膜基底的直径为600-800nm，所述柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜的直径为20-50nm。8.一种根据权利要求1-7任一所述方法制备的柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜。9.一种根据权利要求8所述的柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜用于制备超级电容器中的应用。技术总结本申请公开了一种柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜及其制备方法和应用，涉及纳米纤维膜领域，包括：使第一质量分数的聚丙烯腈溶于N,N‑二甲基甲酰胺中形成静电纺丝溶液，并使静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到蛛网纳米纤维膜基底；使第二质量分数的聚丙烯腈溶于所述N,N‑二甲基甲酰胺后，加入MXene/TA混合液，混合均匀后，得到静电喷雾溶液；使静电喷雾溶液在所述蛛网纳米纤维膜基底上进行静电喷雾，得到二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜；使二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜在氩气气氛下进行高温碳化，得到柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜。如此，本申请的柔性高导电二维拓扑蛛网碳纳米纤维复合膜不仅能够保障优良的机械性能，还能兼具优良的导电性能和电化学性能。技术研发人员：陆俊,刘铁峰,程魁,王贵欣受保护的技术使用者：衢州动力电池和储能研究院技术研发日：技术公布日：2024/8/27