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2006年  第21卷  第02期

膨胀石墨对各种油类的吸附动力学
Michio INAGAKI, Tomoya NAGATA, Taisuke SUWA, Masahiro TOYODA
2006, 21(02): 97-102.
摘要(2208) PDF(1411)
摘要:
通过对吸附率(有效吸附系数)Ks和饱和吸附量Msat的测量,描述了黏度为0.001Pa.s-0.850Pa.s的各种油类在膨胀石墨中的吸附力学,发现吸附率Ks对油类黏度有很强的相关性。吸入膨胀石墨中的饱和吸附量Msat几乎恒定在50kg/kg,该值略低于由膨胀石墨块直接浸渍在油中测得的吸附容量,这是由于所吸附的油沿膨胀石墨柱高度存在重力梯度。
烧蚀过程中C/C复合材料的结构演变
王俊山, 李仲平, 敖明, 许正辉, 刘朗, 胡子君, 彭维周
2006, 21(02): 103-108.
摘要(2654) PDF(1547)
摘要:
利用SEM和TEM考察了3D C/C复合材料在电弧加热器上烧蚀后的材料表层显微组织结构变化。发现炭纤维和基体炭中的石墨微晶经过烧蚀后都得到了明显的发展。在距烧蚀表面几个纳米的深度范围内形成了高度取向的带状石墨织构,同时,在带状织构中间也形成了许多孔洞和缝隙。在距烧蚀表面几个微米的深度形成了卷曲柱状结构,在这些柱状结构周围有许多缺陷。在纤维和基体炭的界面区域,靠近纤维一侧形成了带状织构,且织构间的缝隙变大。
酞菁铁固态热裂解制备新型炭纳米材料
智林杰, Ute Kolb, Klaus Müllen
2006, 21(02): 109-113.
摘要(2051) PDF(1871)
摘要:
研究了酞菁铁在密封体系中固态热裂解制备新型炭纳米材料的方法。通过这种方法,可以大量制备排列整齐又很直的碳纳米管。实验发现,升高热裂解温度,尤其温度高于800℃时,有利于碳管的生长。同时,这种方法还是一种非常有效的制备特殊结构纳米炭材料的方法。如用这种方法可以得到很长的具有电缆型结构的纳米炭,在其中具有单晶结构的炭化铁形成了电缆的金属芯。其他一些特殊炭结构,如项链型炭结构、管中管炭结构等也可以用这种方法制备出来。
利用感应加热技术进行炭纤维连续石墨化
王浩静, 李东风, 王心葵
2006, 21(02): 114-118.
摘要(2360) PDF(1564)
摘要:
采用感应加热技术研制出炭纤维连续高温热处理专用设备石墨化炉,最高使用温度3000℃。对PAN基炭纤维T300进行了连续石墨化处理,热处理温度为2000℃~3000℃,制备出力学性能相当于日本东丽公司M40的石墨纤维,验证了该设备的技术可行性。考察了热处理温度对炭纤维力学性能、密度和直径的影响,用SEM观察了石墨化前后炭纤维表面微观形态的变化。结果表明:随热处理温度的提高,炭纤维的密度增大、直径减小,弹性模量升高,而抗拉强度下降。经3000℃高温热处理后,纤维的弹性模量高达450GPa。
大尺寸各向同性热解炭材料的制备与表征
吴峻峰, 白朔, 刘树和, 徐红军, 成会明
2006, 21(02): 119-124.
摘要(2543) PDF(1437)
摘要:
采用一种新的旋转基体稳态流化床沉积装置制备大尺寸的各向同性热解炭材料。利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和XRD对各向同性热解炭材料的微观结构进行了表征,并对其力学性能进行了测试。结果表明,改进后的旋转基体稳态流化床沉积工艺能够制备出大尺寸的各向同性热解炭材料。材料的结构均匀,气孔较少,主要由球形颗粒状碳结构组成,构成这种球形颗粒状碳结构的是乱层结构的石墨片层堆积体。各向同性热解炭与传统炭材料相比具有较高的杨氏模量、硬度和强度。
椰壳活性炭基超级电容器的研制与开发
周鹏伟, 李宝华, 康飞宇, 曾毓群
2006, 21(02): 125-131.
摘要(2626) PDF(1581)
摘要:
为了开发体积小巧、大功率放电性能优良的超级电容器,选用比表面积1660m2/g的椰壳活性炭,采用扣式电池结构,通过恒电流充放电、电化学阻抗谱、扫描电子显微镜等方法对其用于超级电容器的性能进行了考察。结果表明,选用椰壳活性炭的最大比容量为79F/g,大功率放电性能优良。继而采用该种椰壳活性炭为电极活性物质,以6mol/L KOH为电解液,外包装采用涂覆防腐蚀尼龙层的铝箔袋软包装组装了1V、70F的超级电容器,外形尺寸为35mm×43mm×6mm。测试结果表明其比功率密度为170W/kg或330W/L,比能量密度1Wh/kg,大功率放电特性较好。
脉冲FCVI制备炭/炭复合材料的微观结构及力学性能
陈强, 李贺军, 张守阳, 韩红梅, 李克智
2006, 21(02): 132-138.
摘要(2888) PDF(2585)
摘要:
采用脉冲强制流动热梯度化学气相渗透(IFCVI)法制备了毡基炭/炭复合材料。借助偏光显微镜及扫描电子显微镜观察了基体热解炭的微观组织结构及断口形貌特征;用弯曲实验测定了材料的力学性能。结果表明:采用脉冲FCVI,经1000℃~1250℃,100h致密化,2300℃热处理后,炭/炭复合材料的密度可达1.7g/cm3,弯曲强度为125.4MPa,挠度为0.61mm。该工艺致密化速率快,所制备材料的密度分布均匀、力学性能好。研究表明,温度是影响材料组织结构的主要因素,高温条件下有利于粗糙层热解炭组织的生成,而低温有利于光滑层热解炭组织的生成,一般因沉积环境复杂多变,常得到混合型组织。
膨胀次数对天然鳞片膨胀石墨微结构的影响
高林, 龚银香, 马玲
2006, 21(02): 139-143.
摘要(2380) PDF(2417)
摘要:
借助于N2物理吸附、XRD和SEM对经多次膨胀后的天然鳞片石墨进行了研究,研究结果表明:随着膨胀次数的增加,石墨膨胀前后的松装密度的差别越来越小。在多次膨胀过程中,第一次膨胀时鳞片石墨比表面积增加量最大,后续的膨胀对石墨比表面积的影响逐渐减小。鳞片石墨经过五次膨胀后,d004和d101分别有约千分之二和千分之四的增加,多次膨胀石墨仍由石墨微晶构成。多次膨胀后石墨为蓬松状的粉末,在微观结构中出现了类似于揉搓纸团的结构。
活性炭对扑热息痛的吸附行为和体外释放性能
梁栋, 吕春祥, 李云兰, 李永红, 袁淑霞
2006, 21(02): 144-150.
摘要(2229) PDF(1450)
摘要:
主要研究了药用颗粒活性炭对扑热息痛的吸附行为和体外释放性能。采用N2吸附表征了三种活性炭的孔结构,借助Beohm滴定法和质量滴定法测定了活性炭的表面含氧官能团和零电荷点pHPZC;考察了比表面积、孔隙结构与吸附性能和体外释放性能的关系,及活性炭表面化学性质对吸附性能的影响。结果表明:活性炭的孔结构和表面化学性质对吸附性能和体外释放性能具有决定性的影响。比表面积高、孔隙发达、孔径分布集中在2nm~11nm之间的中孔型活性炭,对扑热息痛的吸附力很强,平衡吸附量达到了358mg/g,累计释放率为7%;具有广谱孔径分布的活性炭,平衡吸附量为281mg/g,可以缓释12h以上,累计释放率达到27%。活性炭表面的酸性含氧官能团对吸附扑热息痛具有一定的促进作用。三种活性炭的释药过程均符合Higuchi方程释药模式。
先驱体转化法制备2D Cf/SiC-Cu复合材料及其性能
王其坤, 胡海峰, 简科, 陈朝辉, 郑文伟, 马青松
2006, 21(02): 151-155.
摘要(2338) PDF(1406)
摘要:
针对固体火箭发动机喉衬的使用工况,提出在Cf/SiC体系中引入Cu,通过Cu发汗降低材料表面温度以提高材料的抗烧蚀性能。采用先驱体转化法制备了铜体积分数分别为2.18%、4.86%和6.53%的新型复合材料,同时考察了其力学性能和烧蚀性能。结果表明,随着铜含量的增加复合材料试样的弯曲强度逐渐下降,分别为261.07MPa、203.61MPa、164.91MPa;试样的断裂韧性也逐渐下降,分别为13.4MPa·m1/2、12.5MPa·m1/2、11.8MPa·m1/2。三种复合材料试样在氧乙炔焰烧蚀30s后,试样结构均保持完整,弯曲强度分别下降到121.16MPa、140.23MPa、122.87MPa,质量烧蚀率分别为0.036g/s、0.050g/s、0.064g/s。与其他喉衬材料相比,2D Cf/SiC-Cu材料密度低、力学性能和抗烧蚀性能好,具有良好的应用前景。
废弃物基活性炭吸附性能的影响因素
解立平, 林伟刚, 杨学民
2006, 21(02): 156-160.
摘要(2913) PDF(1517)
摘要:
研究了以三种固体有机废弃物—锯木屑、纸张、塑料的热解产物(分别简称木炭、纸炭、塑料热解物)为原料,水蒸气为活化剂制备废弃物基活性炭时吸附性能(以碘值表征)的影响因素。结果表明,在一定的塑料热解物含量条件下,活性炭的吸附性能随木炭、纸炭间组成比的增加而增加,而在一定的木炭、纸炭间组成比下,吸附性能随塑料热解物含量的增加而减少;此外废弃物基活性炭的吸附性能随废弃物热解温度的升高呈现为先增加再减少的变化趋势。
热解氛围对聚丙烯腈分离炭膜微结构的影响
邱英华, 王同华, 宋成文, 曲新春
2006, 21(02): 161-166.
摘要(2210) PDF(1436)
摘要:
采用FTIR、XRD、Raman等分析方法对在真空和氩气氛围中制备的聚丙烯腈炭膜化学结构和微晶结构的变化进行研究。结果表明,在两种氛围下PAN分子结构随着热解温度的升高由链状线型结构转变为乱层石墨结构,发生了氰基环化、脱氢、脱氮反应。PAN在真空氛围中的热解反应活化能低于氩气氛围中的活化能,说明真空氛围能够降低热解反应的温度,加速反应的进行。在真空氛围中制备的PAN炭膜微晶的La值大于氩气氛围中制备的炭膜微晶值而d002、Lc值则小于后者,说明真空氛围下制备的炭膜微晶有序度高,结构缺陷和孔隙均小于氩气氛围下制备的炭膜。可见,热解氛围对聚丙烯腈炭膜的热解机理、化学结构和碳微晶结构有很大的影响。
溶胶-凝胶和碳热还原法制备塔状SiC纳米棒
徐武军, 徐耀, 孙先勇, 刘亚琴, 吴东, 孙予罕
2006, 21(02): 167-170.
摘要(2134) PDF(1656)
摘要:
以正硅酸乙酯(TEOS)、聚乙烯基吡咯酮(PVP)为反应前驱体,Fe(NO3)3为催化剂,采用溶胶-凝胶和碳热还原法制得了碳化硅纳米棒。运用XRD、29Si MAS NMR、TEM和SAED等手段对样品的组成和形貌进行了表征。结果表明:产物的形貌为塔状纳米棒,且晶体沿平行于[111]的方向生长;塔形SiC棒的塔底宽约80nm~100nm,塔层厚度10nm左右,长约0.4μm~1.0μm。在催化剂Fe的作用下,过饱和CO气氛中的动力学控制过程导致了塔状SiC纳米棒的形成。
水下电弧放电法制备洋葱状富勒烯
郭俊杰, 王晓敏, 李天保, 刘旭光, 许并社, 市野濑英喜
2006, 21(02): 171-175.
摘要(2174) PDF(1383)
摘要:
探索了纯石墨电极在水中放电制备洋葱状富勒烯(Onionlike fullerenes,OLFs)的过程和工艺。用高分辨透射电镜(High resolution transmission electron microscope,HRTEM)对生成的OLFs进行了形貌、结构的观察与表征。分析结果表明制得的OLFs具有各种不同形状的内核,石墨化程度很高,直径分布在5nm~40nm范围内。在一定范围内随着电流强度的增大OLFs的产量和产率都有不同程度的提高。
碳纳米管在超级电容器中的应用研究进展
吴锋, 徐斌
2006, 21(02): 176-184.
摘要(2873) PDF(1804)
摘要:
超级电容器是近年来发展起来的一种新型储能装置。碳纳米管由于具有独特的中空结构,良好的导电性和高的比表面积,被认为是超级电容器理想的电极材料之一,引起了广泛的关注。通过介绍碳纳米管在超级电容器中的应用研究进展,评述了碳纳米管、活化碳纳米管、碳纳米管/金属氧化物复合物以及碳纳米管/导电聚合物复合物用做超级电容器电极材料的特点和性能。认为单纯的碳纳米管由于比表面积小,比容量偏低。化学活化可以显著提高碳纳米管的比表面积,增大其比电容。将碳纳米管与准电容材料金属氧化物或导电聚合物复合,可以发挥各自的优势,从而得到低成本、高性能的复合电极材料,将是今后发展的一个方向。
化学气相沉积与渗透过程中热解炭织态结构生成机理研究
张伟刚, K.J. Hüttinger
2006, 21(02): 185-192.
摘要(2570) PDF(1973)
摘要:
为研究热解炭织态结构的生成规律,采用不同压强的甲烷为碳源,在1100℃条件下进行了化学气相沉积和化学气相渗透实验。化学气相沉积以具有不同表面积/自由体积比([A/V]值)的直通方形多孔陶瓷为基体;化学气相渗透实验在直径为1mm细直孔内表面沉积和对炭纤维体积分数为7%的炭毡进行致密化。借助正交偏光显微镜(消光角)和透射电子显微镜(定向角)对在不同实验条件下制备的热解炭进行分析和定量表征。研究发现:热解炭的织态结构可以在两种不同的沉积条件下形成。当甲烷压强较低时为化学生长阶段;当甲烷压强较高时为物理形核阶段。在化学生长控制阶段,热解炭的织态结构可以利用之前提出的“颗粒填充模型(P-F模型)”加以解释。该模型假设高织构热解炭的沉积一定对应于气相中存在具有合适比例的芳香化合物(例如苯)和线性小分子(主要是C2H2),当二者的浓度比偏离该最优比(或者偏大,或者偏小),均将导致中织构甚至低织构热解炭的生成。在化学生成控制阶段,化学气相沉积和化学气相渗透对热解炭织态结构影响的差别,除了[A/V]值而外,还有氢气的作用。在化学气相渗透过程中,基体内部生成的氢气快速扩散至基体表面,使内外沉积速率和织态结构均发生较大变化。