1.2.2 静电纺丝过程影响因素

(1) 纺丝液性质 包括浓度、导电性、粘度、酸碱度等。以纺丝液的浓度为例，随着聚合物浓度的增大，纺丝液的粘度也越大，表面张力就越大，喷射出的溶液射流就越粗[19]，纤维直径会随溶液浓度的增加而上升，另外，聚合物浓度过大容易造成针头堵塞，不能顺利成丝，如果浓度过低，射流将倾向形成小液滴而无法成丝，而且还会造成纤维固化不完全而使纤维粘连，对形貌和结构有影响。因此对于不同纺丝液，应选择适当的浓度，避免影响纺丝质量，及制得材料的性能。

(2) 参数的设定 包括所加正负电压大小、针头与接收板的目标距离、溶液推注速率、收集装置的形状和结构等。以所加正负电压为例，若数值过小，液滴表面电荷少，静电作用力小，很难克服表面张力，可能造成喷丝不稳定；若超过一定数值，则液滴表面电荷数量增多，排斥力变大，得到的产物直径会减小，容易造成喷丝过程不稳定，同时电压过大容易产生安全问题。因此，纺丝时电压的选择要恰当。

(3) 操作环境  包括空气相对湿度、温度等。由于纺丝是在空气中进行的，因此操作环境对纺丝过程也有重要影响。纺丝之前要首先进行温度和湿度的设置，以湿度为例，若湿度过大，则溶剂挥发较慢，会使得液滴来不及形成纤维状，或者接收到的纤维不均匀；若湿度过小，会造成溶剂挥发过快，导致纺丝不稳定。当然，影响纺丝过程的因素还有很多，为了实验结果更加客观准确，我们要保持其他参数的一致性。

1.2.3 静电纺丝法的应用

静电纺丝法优势突出，制得纤维成分可控，并且有多种不同的形态，可以在多个领域加以广泛推广，如生物医药、传感器、过滤材料等，尤其是在超级电容器方面获得了更多的关注。

1.3 电极材料研究进展

目前，对超级电容器的研究主要集中在电极材料方面，碳基材料、金属氧化物以及导电聚合物材料构成了三大主要研究方向[20]。碳基材料包括活性碳材料、碳纤维、碳气凝胶等，比电容多为双电层电容，因其来源广、价格便宜、导电性优越、化学稳定性佳、形态可调等，成为现今商业用超级电容器的首选材料。与碳基材料比容量相对较小不同，金属氧化物产生的是赝电容，比容量远远超过双电层电容，已成为近年来人们关注的焦点。赝电容电极材料包括以RuO2为主的贵金属和以NiO、MnO2、Co3O4为主的过渡贱金属[21-22]，考虑到成本问题，后者具有更大的应用潜力。导电聚合物材料包括聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPY)和聚噻吩(PTH)等，其具有比功率高、比能量大等优异的电化学性能，是一类发展前景广阔的电极材料。

通过静电纺丝法及高温煅烧处理可以制得金属氧化物纳米纤维，再优化其反应条件以改善性能，获得比电容优越的纤维材料，可以有效提高超级电容器性能。

1.4 本论文主要研究内容

本论文主要探究了采用静电纺丝法，制得含钴纳米纤维，观察其微观结构，并进行电化学性能测试。首先对照查阅的文献，确定了选用聚丙烯腈(PAN)构成骨架，使用静电纺丝法制得PAN包裹钴盐的纳米纤维，再把获得的产物高温煅烧形成Co3O4/碳纳米纤维，运用不同实验条件即不同钴盐种类、反应物浓度、煅烧温度、煅烧时间制备出多批次样品。并借助XRD、TEM等手段进行结构表征，观察其微观形态，通过循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗等，探索材料结构与其作为电极材料性能之间的关系。