【摘要】 这项工作表明，激光诱导石墨化是制备高导电性和低能耗碳纤维的一种很好的替代方法。

碳纤维在资源消耗较少的电力高效传输方面具有广阔的应用前景[1]。

 

为提高中间相沥青基碳纤维的导电性，提出了激光石墨化中间相沥青基碳纤维(MPCF)的方法[2,3]。

 

得到的MPCF的电导率为7.04×10^-5 S/m，随着激光强度的增加，碳纤维的石墨化度增加，石墨晶层间距减小。

 

当激光功率为360W，照射周期为25 S，温度为300℃时，得到了较高的石墨化度(R=0.02)，层间距为0.338 nm，接近纯石墨炭的层间距(0.335 nm)。

 

导电性的提高归因于碳纤维中轴向和径向石墨化的均匀性改善，结构有序演化，石墨化层有序堆积，以及碳纤维中石墨化晶体之间的连通性增强。

 

该方法的能耗估计仅为传统焦耳加热方法的0.46%。

 

这项工作表明，激光诱导石墨化是制备高导电性和低能耗碳纤维的一种很好的替代方法。

 

提出了激光辐照MPCF的石墨化方法，并研究了石墨化后MPCF的组织演变和导电性能。

 

结果表明，随着激光功率的增大，MPCF的石墨化度增大，石墨化产物尺寸增大。

 

激光处理后碳纤维的石墨化度在轴向和径向的分布更加均匀。

 

结果还表明，所制备的MPCF的电导率随激光功率的增大而增大。

 

当功率为360W时，其电导率高达7.04×10^-5 S/m，约为未处理单丝的20倍。

 

从HRTEM图像中还意外地发现，激光照射能够增强碳纤维中石墨晶体之间的连通性。

 

此外，该方法的能耗仅为传统电加热炉方法的0.46%。

 

结果表明，激光诱导石墨化是制备高导电性、低能耗碳纤维的一种很好的选择。

 

(1) Al Aiti, M.; Jehnichen, D.; Fischer, D.; Brunig, H.; Heinrich, G. On the morphology and structure formation of carbon fibers from polymer precursor systems. Prog. Mater. Sci. 2018, 98, 477−551.

(2) Newcomb, B. A. Processing, structure, and properties of carbon fibers. Composites, Part A 2016, 91, 262−282.

(3) Hakansson, E.; Predecki, P.; Kumosa, M. S. Galvanic Corrosion of High Temperature Low Sag Aluminum Conductor Composite Core and Conventional Aluminum Conductor Steel Reinforced Overhead High Voltage Conductors. IEEE Trans. Reliab. 2015, 64,928−934.

 

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