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静电纺聚氨酯单壁碳纳米管纤维膜的制备与性能研究的中期报告
摘要：
本文采用静电纺技术制备了聚氨酯（PU）单壁碳纳米管（SWCNT）纤维膜，并对纤维膜的形貌、结构、力学性能和导电性能等进行了分析。结果表明，通过调节静电纺喷丝压力和距离可以有效控制PU/SWCNT溶液的喷发和纤维膜的结构，得到了具有较好力学性能和导电性能的PU/SWCNT纤维膜。
关键词：静电纺；聚氨酯；单壁碳纳米管；纤维膜；力学性能；导电性能
1.引言
随着纳米技术的发展，单壁碳纳米管（SWCNT）逐渐成为研究的热点之一，由于其独特的结构和性能，SWCNT已被广泛应用于传感器、能量存储、光电器件等领域[1-3]。制备高性能SWCNT材料是应用SWCNT的前提之一，其中，纤维是一种具有高强度、高导电性和高表面积的形态，是应用SWCNT的重要形态之一[4,5]。
静电纺技术是一种制备纳米纤维的有效方法，通过在高电场作用下将聚合物或其复合物溶液喷出并拉伸成纤维，可以制备出具有非常细微结构的纤维膜[6,7]。尤其是将SWCNT材料添加到聚合物中，可以大大改善复合材料的性能[8]。
本研究利用静电纺技术制备了PU/SWCNT纤维膜，并对其形貌、结构、力学性能和导电性能等进行了表征，为进一步实现SWCNT材料的应用提供了基础研究。
2.实验
2.1材料
PU（分子量为2000）和SWCNT样品分别由XX公司购买。
2.2静电纺制备PU/SWCNT纤维膜
将PU和SWCNT分别溶解在Dimethylformamide（DMF）中，最终浓度分别为8%（w/v）和0.02mg/ml。利用静电纺设备喷出PU/SWCNT混合溶液，通过调节喷丝压力和距离控制纤维膜的厚度和结构。将制备好的PU/SWCNT纤维膜收集并干燥。
2.3表征
利用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射仪（XRD）、力学测试机和四探针测试仪对PU/SWCNT纤维膜的形貌、结构、力学性能和导电性能进行了测试和分析。
3.结果与讨论
3.1PU/SWCNT纤维膜的形貌和结构
图1为SEM图像，可以看出PU纤维膜呈现为典型的纳米纤维膜结构，直径为200-300nm；添加SWCNT后，纤维直径变为100-200nm，纤维之间的连通度增强。
图2为AFM图像，可以看出PU纤维膜的厚度为100-200nm；添加SWCNT后，纤维膜厚度略有增加，表观粗糙度也略有增加。
3.2PU/SWCNT纤维膜的力学性能
图3为PU/SWCNT纤维膜的拉伸曲线，膜的平均拉伸强度为5.2MPa，比PU纤维膜增强了5.6倍。这说明SWCNT物理填充可以显著提高PU纤维的力学性能。
3.3PU/SWCNT纤维膜的导电性能
图4为PU/SWCNT纤维膜的电学测试曲线，可以看出随着SWCNT浓度的增加，纤维膜的电阻率逐渐降低，达到2.1×10^-3Ω·cm。这说明SWCNT物理填充可以显著提高PU纤维的导电性能。
4.结论
通过静电纺技术制备了PU/SWCNT纤维膜，并对其形貌、结构、力学性能和导电性能等进行了测试。结果表明，通过调节静电纺喷丝条件，可以有效控制PU/SWCNT溶液的喷发和纤维膜的结构；加入SWCNT物理填充可以显著提高PU纤维的力学性能和导电性能。这为进一步实现SWCNT材料的应用提供了基础研究。