新型炭材料

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江泽慧, 任海青, 费本华, 张东升, 岳永德, 陈晓红

2006, 21(01): 1-8.

摘要(2379)

PDF(1684)

摘要:
以毛竹、印度莿竹为原料，在氮气氛中炭化制得竹炭，然后于1450℃下采用熔融Si渗透技术制得SiC陶瓷材料。借助SEM、XRD、X射线能谱仪、TGA和万能力学试验机等测试手段对竹炭和SiC陶瓷材料的微观构造、物相构成、材料的微区成分、力学特性及竹材的热失重行为进行了分析。结果表明：竹炭及其SiC陶瓷材料都继承了竹材的各向异性和微观构造特征；竹基SiC陶瓷是一种包含单质Si、C和SiC多相成分的复合材料；由两种竹材制备的竹炭及其SiC材料在微观构造、相组成和抗压力学性能上表现出一定的差异性。

掺杂难熔金属碳化物对炭/炭复合材料烧蚀机理的影响

王俊山, 李仲平, 敖明, 许正辉, 刘朗, 胡子君, 彭维周

2006, 21(01): 9-13.

摘要(2488)

PDF(1733)

摘要:
通过对炭/炭复合材料（C/C）和添加难熔金属碳化物炭/炭复合材料(C/C+MC)的微观结构对比分析，研究了二者在电弧加热器上的烧蚀机理。结果表明，难熔金属化合物（MC）在烧蚀过程中进入到距表层几个微米之内的纤维和基体炭微晶内，明显影响了相邻微晶的形貌。MC的存在，一方面，加大了机械剥蚀等力学因素引起的质量损失，增大了试样表面粗糙度，从而进一步加重了烧蚀；另一方面，MC具有降低碳的升华总量的效应。从综合效应来看，C/C+MC复合材料的烧蚀速率比C/C复合材料高。

炭化温度对CO2活化PAN基活性炭纤维微结构的影响(英）

徐斌, 吴锋, 曹高萍, 杨裕生

2006, 21(01): 14-18.

摘要(3273)

PDF(2079)

摘要:
将PAN预氧化纤维在400℃~900℃炭化, 经CO2活化得到一系列活性炭纤维，表征了其比表面、孔容和孔径分布等微结构参数, 研究了炭化温度对CO2活化PAN基活性炭纤维微结构的影响。结果表明，炭化温度对活性炭纤维的比表面和孔结构有显著影响, 适中的炭化温度（600℃）有利于得到高比表面积、大的孔容和孔径。

以煤为碳源直流电弧法制备单壁纳米碳管绳

赵宗彬, 邱介山, 王同华, 李永峰, 周颖

2006, 21(01): 19-23.

摘要(2651)

PDF(1536)

摘要:
以太西无烟煤为碳源，以稀土氧化物La2O3和过渡金属Ni为催化剂制备复合的煤基炭棒，采用直流电弧放电技术，成功实现了单壁纳米碳管绳的批量制备。用TEM和Raman光谱技术对纳米碳管绳产品进行了分析表征。结果表明：太西煤是制备单壁纳米碳管的合适碳源；电弧放电得到的煤基单壁纳米碳管的直径分布在2.01nm~1.80nm之间；双金属催化剂Ni-La在单壁纳米碳管的形成过程中存在协同作用，其催化活性优于其中的单一组分。

掺杂磁性铁粒子膨胀石墨的制备及其对毫米波的干扰作用

任慧, 康飞宇, 焦清介, 崔庆忠

2006, 21(01): 24-29.

摘要(2219)

PDF(1893)

摘要:
将经酸化处理的可膨胀石墨浸渍在二茂铁的有机溶剂中，充分搅拌并静置5h~8h，经快速加热后制得表面沉积磁性铁颗粒的膨胀石墨。利用扫描电镜观察了不同工艺条件下产物的显微形貌与元素组成。由振动磁强计测试出这种石墨蠕虫在室温静态条件下的磁化曲线及磁化率，并结合工艺条件进行了对比分析。同时，还考核了掺杂磁性铁颗粒膨胀石墨对8mm电磁波信号发生装置的干扰作用。结果表明：铁氧化物沉积在膨胀石墨表层，随着二茂铁投入量的增大，膨胀石墨磁性能提高越明显，在0A/m～7.958×105A/m磁场强度下测得其平均磁化强度≥8emu/g，在军用毫米波雷达频段的衰减率最高可达-10dB，质量消光系数大于1.0g/m2，遮蔽效果优于现役毫米波干扰剂。

乙烯催化裂解法选择性合成纳米炭纤维（英）

宋燕, 乔文明, 尹圣昊, 持田勲

2006, 21(01): 30-35.

摘要(2475)

PDF(1538)

摘要:
通过采用不同金属催化剂进行乙烯催化裂解制备了具有不同微观结构的纳米炭纤维。利用纳米二氧化硅负载的铁、镍以及铁镍合金催化剂在适当的反应条件下分别制备了管状、实心鱼骨状以及空心鱼骨状的纳米炭纤维。由于金属催化剂与纳米二氧化硅间的强相互作用导致在低反应温度下也能达到高的反应活性，所以能够合成出高收率、小直径而且分布均匀的纳米炭纤维。不同结构的纳米炭纤维归因于金属催化剂的不同分散性以及不同的生长机理。通常利用铁催化剂进行乙烯裂解制备纳米炭纤维需要高于650℃，但是在我们的实验中发现500℃低温下利用纳米二氧化硅负载的铁催化剂进行乙烯裂解就能够合成出管状纳米炭纤维。

短切炭纤维增强沥青基C/C复合材料的力学性能

郭领军, 李贺军, 薛晖, 李克智, 付业伟

2006, 21(01): 36-42.

摘要(3292)

PDF(1558)

摘要:
利用模压半炭化成型工艺在大气环境下制备出了短切炭纤维增强沥青基C/C复合材料（简称SCFRC）。研究了短切炭纤维的体积分数对SCFRC材料的体积密度和力学性能的影响规律。借助光学显微镜和扫描电镜对其微观组织和断口形貌进行了观察，分析了短切炭纤维对SCFRC材料的增强机制。结果表明，当短切炭纤维的体积分数由0％增大到11.8％时，SCFRC材料的力学性能随之呈线性增加；短切炭纤维增强SCFRC材料的机制主要有裂纹偏转效应、桥联效应以及脱粘和拔出效应。

催化化学气相渗透法制备C/C复合材料

周振中, 李铁虎, 艾艳玲, 宋发举, 林起浪

2006, 21(01): 43-47.

摘要(2415)

PDF(1571)

摘要:
为了提高基体炭的沉积效率和抗氧化性能，采用常规化学气相渗透法催化制备C/C复合材料。研究了Ni/ZSM-5负载型催化剂对热解炭的致密化速率和性能的影响，并借助偏光显微镜（PLM）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射法（XRD）表征了热解炭微观结构。结果表明：在添加Ni/ZSM-5的炭布预制体中，热解炭有较快的沉积速率，其微观结构和抗氧化性能均与催化剂有关。

超级电容器用沥青焦基活性炭的制备及其电化学性能

刘希邈, 詹亮, 滕娜, 杨登莲, 曾小春, 张睿, 凌立成

2006, 21(01): 48-53.

摘要(2665)

PDF(1629)

摘要:
采用沥青焦为原料，制备了系列高比表面积活性炭作为超级电容器电极材料。用直流循环充放电、循环伏安及交流阻抗等表征方法比较了沥青焦基超级活性炭和日本可乐丽公司YP15活性炭的电化学性能。实验结果表明在KOH、H2SO4、(C2H5)4NBF4/碳酸丙烯酯(Propylene carbonate PC)及(C2H5)4NBF4/乙腈（Acetonitrile）体系中，沥青焦基活性炭的比电容随比表面积增加，其最高值分别为257F/g、228F/g、140F/g、142F/g，均超过了日本活性炭。沥青焦基活性炭电极在KOH体系中的等效串联电阻的体积电阻率与日本炭相差不大；在H2SO4体系中的电阻率均小于日本活性炭；在碳酸丙烯酯体系中的电阻率均大于日本活性炭；在乙腈体系中，活化剂 KOH与沥青焦比例为4 ：1、经800℃活化3h制备的活性炭的电阻率小于日本活性炭。

成纤过程中PAN纤维聚集态结构形成的研究

韩曙鹏, 徐樑华, 曹维宇, 姚红, 白丽芳

2006, 21(01): 54-58.

摘要(2153)

PDF(1482)

摘要:
采用X射线衍射、声速法研究了成纤过程中PAN纤维晶态结构和取向态结构的变化规律。结合扫描电镜观察纤维的截面形态，研究成纤过程中PAN纤维聚集态结构的形成过程。结果表明，在成纤过程中，纤维晶态结构主要形成于凝固成型阶段，可以用两相模型(“准晶”区和无定型区)来描述；而取向态结构主要受两段牵伸控制，其中前牵伸对晶态结构的完善起到相当关键的作用，再牵伸则主要提高纤维的取向度；干燥致密化过程有利于晶区的生长和完善，同时固定了纤维的取向态结构。

不同厚度四面体非晶碳薄膜的拉曼表征和内应力

朱嘉琦, 韩杰才, 高巍, 孟松鹤

2006, 21(01): 59-63.

摘要(2302)

PDF(1519)

摘要:
为了探讨膜厚对四面体非晶碳薄膜拉曼结构表征和内应力的影响规律，进而确定应力与拉曼光谱之间的关系，采用过滤阴极真空电弧技术以相同的工艺条件在P（100）单晶抛光硅衬底上制备了从3nm~350nm不同厚度的四面体非晶碳薄膜。利用表面轮廓仪和原子力显微镜测试膜厚，表面轮廓仪确定曲率半径并计算薄膜应力，共聚焦拉曼光谱表征薄膜的结构细节。实验发现，随着膜厚的增加，四面体非晶碳薄膜的应力持续下降，当膜厚超过30nm时，应力的下降趋势变得平缓，并保持在小于5GPa的较低水平。随着膜厚的增加，可见光拉曼光谱中衬底硅的一阶和二阶谱峰强度逐渐降低，在50nm~80nm膜厚范围，半高宽最窄，峰强最高，能够最有效地获得拉曼结构信息。随着膜厚的增加和应力的下降，非晶碳一阶谱峰的峰位表现为逐渐向低频偏移。

生物活性炭纤维的制备及其水处理

周娟娟, 胡中华, 刘亚菲, 尹燕娥, 唐文伟

2006, 21(01): 64-69.

摘要(2419)

PDF(1505)

摘要:
用活性炭纤维（ACF）代替传统生物活性炭法（BAC）中的颗粒活性炭（GAC），探索生物活性炭纤维（BACF）的水处理技术。首先考察了活性炭纤维的自然挂膜性能，肯定了ACF的可挂膜性。而后采用两种人工挂膜：活性污泥上清液（SL）挂膜和菌液（ML）挂膜，得到两种BACF：SL-BACF和ML-BACF。用扫描电镜研究微生物在ACF上生长情况，并采用形成的BACF处理微污染原水。结果表明：BACF去除有机污染物效果好，明显优于BAC技术。出水高锰酸盐法化学需氧量(CODMn)指标符合国家饮用水标准，水质稳定。比较两种人工挂膜形成的BACF, 发现ML-BACF中的微生物量少于SL-BACF，但出水效果和处理量则优于SL-BACF。

Ho/Ni作为催化剂合成单壁碳纳米管

姚明光, 刘冰冰, 邹永刚, 李冬妹, 艾晓雷, 王霖, 于世丹, 邹广田, B Sundqvist

2006, 21(01): 70-74.

摘要(2819)

PDF(1670)

摘要:
利用直流电弧等离子体方法，以Ho/Ni作为催化剂合成了单壁碳纳米管，借助扫描电子显微镜、拉曼光谱和热重分析方法对所合成的单壁碳纳米管的形貌、结构以及含量进行了表征。电镜观察以及热重分析表明，收集到的大量网状物中单壁碳纳米管含量较高；不同激发波长拉曼测量表明碳纳米管直径分布比较集中,在1.35nm~1.69nm范围，且直径为1.5nm的碳纳米管占多数；与Ce/Ni等作为催化剂合成的单壁碳纳米管的直径分布不同。研究结果表明，Ho/Ni对于合成单壁碳纳米管具有很好的催化效果且影响管径分布，元素Ho对单壁碳纳米管的形成起到了重要的作用。

炭纤维的环氧树脂浸润特性

李敏, 张佐光, 孙志杰, 罗慧珍

2006, 21(01): 75-80.

摘要(2721)

PDF(2361)

摘要:
良好的界面粘结是制备高性能复合材料的关键之一，而树脂与纤维的优良浸润则是其首要前提。通过考察环氧618树脂与环氧AG80树脂在T300和T700两种炭纤维堆积体中分别沿垂直于纤维方向和平行纤维方向的浸润特性，同时模拟实际复合材料成型工艺条件，分析了浸润速率随树脂温度和纤维体积分数的变化规律。研究结果表明，树脂在垂直于T700炭纤维方向的浸润速率明显慢于相同条件下其在平行纤维方向的浸润。并且纤维含量对两种方向的浸润影响不同，垂直纤维方向的浸润速率随纤维体积分数的增加而减缓，而平行纤维方向的浸润速率则随纤维体积分数的增加而加快。以上研究结果均可用于指导复合材料成型工艺，具有较好的实际参考价值。

C/C复合材料飞机刹车盘的结构与性能

苏君明, 杨军, 肖志超, 周绍建, 彭志刚, 辛建国, 李睿, 韩媚, 赵胜利, 谷立民

2006, 21(01): 81-89.

摘要(2791)

PDF(1891)

摘要:
采用企业、行业及国家相关标准的试验方法，对超码复合材料公司，英国Dunlop公司，法国Carbon Industy公司，美国B.F.Goodrich、ALS公司等生产的9种C/C复合材料飞机刹车盘的物理、力学、热学、摩擦磨损的性能特征，以及中南大学生产的C/C复合材料刹车盘的有关性能，进行了对比分析。结果表明，选择适宜的炭纤维预制体结构，控制热解炭基体微观结构为光学粗糙层结构，合理的热处理温度是获得高性能炭刹车盘材料的关键。我国拥有自主知识产权研发的大型民机炭刹车盘在高摩擦特性方面获得了重大突破，已用于波音757－200型飞机，实现了国内C/C复合材料具有里程碑意义的第四个重大突破。

高附加值石油焦新材料

郑雁军, 崔立山, 崔晓龙, 徐春明

2006, 21(01): 90-96.

摘要(3072)

PDF(2922)

摘要:
石油焦是一种廉价的石油副产品，主要成分为碳。在快速发展的材料科学中，石油焦作为碳源材料显示出独特的作用，可以用来制备包括高比表面积活性炭、纳米碳化物材料、先进复合材料、电流变材料和锂离子电池负极材料等在内的新材料。这些利用途径都大大提高了石油焦的附加值，具有较大的经济效益，是石油焦传统应用领域以外的引人注目的新的应用途径。

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