基于静电纺丝法的碳硅复合纳米纤维制备研究

邓丽萍，刘 烨，汪丽莉，王 鑫，刘梦成，胡耀忠，沈修林

（上海工程技术大学 数理与统计学院，上海201620）

1959年12月，诺贝尔奖获得者Richard Feynman在美国物理学年会上曾说“：只要控制物体在小尺度上的排列，就会出现很多异常的特征，材料的性质也会发生丰富的变化。”其中所指的材料就是纳米材料[1]。纳米纤维是具有重大作用和影响的纳米结构，一些特殊的性质和新的规律被它表现出来，其中特殊的性质和新的规律就包括小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和量子隧道效应等。充分利用这些效应产生的新功能特性设计的下一代纳米纤维结构器件在电子、军工、信息、光学、化工、生物和医药等领域都具有广阔的应用前景[2]。

在新能源领域研究中，纳米纤维也是构成高效能量存储装置的优选方案之一。以石墨为主的碳材料是目前得到商业化大规模应用的锂离子电池负极材料，然而石墨的理论比容量只有370mAh·g-1，不能满足未来市场上对于高比能电池的需求。作为改进的锂电池负极材料，碳硅复合纳米纤维能够有效地改进电池容量和效率。首先，硅具有目前最高的理论比容量（4200mAh·g-）1。另外，当硅颗粒尺寸减小至纳米级时，一方面，硅的体积膨胀大幅度减少，不会机械地粉碎。另一方面，锂离子的扩散距离也能一定程度上被纳米粒子缩短，从而使得电化学反应速率加快。所以，结构优化的碳硅纳米纤维结构高效的制备方法成为研究热点。

静电纺丝法是一种利用静电场力制备一维纳米纤维的方法。……