基于快速焦耳加热驱动的离心静电纺聚丙烯腈纳米纤维高效碳化新工艺

传统碳纳米纤维碳化工艺能耗高、效率低，制约了其在柔性电子和储能领域的规模化应用。来自国内的研究人员通过离心纺丝制备聚丙烯腈(PAN)纳米纤维前驱体，创新开发了基于快速焦耳加热(RJH)的高效碳化工艺。系统研究了温度(900-1500°C)和时间(10-120 s)对纤维微观结构和导电性(8.9 S cm?1)的影响，石墨化度达91.12%，能耗仅为传统工艺的1.39%，为超级电容器电极等应用提供了突破性解决方案。

　　传统碳纳米纤维制备工艺正面临能耗高、周期长的技术瓶颈，而这项研究带来了革命性的解决方案。科研团队采用离心静电纺丝技术(centrifugal electrospinning)制备出聚丙烯腈(PAN)纳米纤维前驱体，随后开发出基于快速焦耳加热(Rapid Joule Heating, RJH)的创新碳化工艺。

通过精确调控碳化温度(900°C、1200°C、1500°C)和作用时间(10-120秒)，研究人员系统解析了工艺参数与材料性能的构效关系。借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman spectroscopy)等多尺度表征手段，揭示了温度和时间对石墨化程度、缺陷密度等关键指标的影响规律。

令人振奋的是，在1200°C处理60秒的优化条件下，制备的碳纳米纤维展现出91.12%的超高石墨化度，导电性能飙升至8.9 S cm^?1，较传统管式炉工艺(2小时/1200°C)提升27.1%。更突破性的是，该工艺将碳化时间缩短至传统方法的0.8%，能耗骤降至1.39%，为高性能超级电容器(supercapacitor)电极材料的规模化生产开辟了新途径。