新型炭材料

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2015, 30(5): .

摘要(339)

PDF(444)

摘要:

Valeriy V. Bolotov, Vasiliy E. Kan, Egor V. Knyazev, Peter M. Korusenko, Sergey N. Nesov, Yuriy A. Sten'kin, Viktor A. Sachkov, Irina V. Ponomareva

2015, 30(5): 385-390. doi: 10.1016/S1872-5805(15)60197-4

摘要(804)

PDF(714)

摘要:
采用拉曼光谱仪、透射电镜、俄歇能谱仪、X射线光电子能谱仪等研究在SiO₂/Si基底上化学沉积的多壁碳纳米管(MWCNTs)经390℃的空气中热处理120 min前后与HCl溶液化学处理前后的结构变化情况。拉曼光谱集中测试低频(250-300 cm^-1)带。结果表明,经热处理和化学处理后,在250-300 cm^-1形成的拉曼带在峰位和半宽几乎没变。由透射电镜可知,小直径碳纳米管的内径值与拉曼光谱测试结果一致。这些结果表明,低频带产生于小直径碳纳米管的内壁中碳原子的径向呼吸振动。

用于染料敏化太阳能电池的多壁碳纳米管基对电极的制备与表征

郑威, 齐涛, 张永超, 石海英, 田均庆

2015, 30(5): 391-396. doi: 10.1016/S1872-5805(15)60198-6

摘要(650)

PDF(596)

摘要:
经酸化处理的多壁碳纳米管(MWCNTs)与纳米石墨复合后沉积在FTO导电玻璃基底上制备出染料敏华太阳能电池薄膜对电极。利用SEM、TEM、EDS与IR光谱对其进行表征。以MgO掺杂的TiO₂薄膜为光阳极对电池通过循环伏安法(CV曲线)、电化学阻抗谱(EIS)和伏安特性曲线(J-V)进行光电性能分析。结果表明:酸化处理的MWCNTs与纳米石墨复合对电极展现出优异的光催化性能,有利于电池光电性能的提高。电池开路电压及短路电流密度分别可达0.53 V、4.67 mA/cm²,其光电转换效率达到4.10%,与铂对电极的性能相当。

碳纳米管/聚酰胺纳米复合材料的制备及其阻燃和热性能

Meisam Shabanian, Mohsen Hajibeygi, Mehdi Roohani

2015, 30(5): 397-403. doi: 10.1016/S1872-5805(15)60199-8

摘要(557)

PDF(692)

摘要:
首先通过壬二酸和双(对-羧苯基)苯基氧化膦直接缩聚反应得到半芳香聚酰胺(PA),采用溶液共混方法,以多壁碳纳米管(CNTs)增强PA得到新型纳米复合材料。通过TG-DSC和微尺度燃烧量热法探讨CNTs对复合材料的热性能和可燃性能的影响。当CNT添加量为5%时复合材料的失重率比纯PA提高5%,热分解温度提高70℃。与纯PA相比,复合材料的热释放速率降低,这表明CNTs能提高PA的阻燃性。

原位制备还原氧化石墨烯增强环氧树脂基复合材料及其形状记忆性能

张志毅, 张焕, 寿金泉, 孙友谊, 刘亚青

2015, 30(5): 404-411.

摘要(656)

PDF(847)

摘要:
采用原位法制备不同含量还原氧化石墨烯(rGO)/环氧树脂(EP)复合材料。研究rGO含量对rGO/EP复合材料力学性能和形状记忆性能的影响。结果表明,通过溶剂热还原,填充到环氧树脂单体中的GO原位还原成rGO,并可均匀分散在EP基体中。该复合材料的拉伸强度、弹性模量和储能模量均随rGO含量增加呈先升后降态势,在w(rGO)=0.2%(相对于环氧树脂的质量而言)时相对最大;随着rGO含量增加,复合材料的玻璃化转变温度随之增加。当w(rGO)=0.6 %时,玻璃化转变温度T_g相对纯环氧树脂提高约45℃,达到102℃,热稳定性显著提高。相应的复合材料具有良好的形状记忆性能,变形可以完全恢复,且rGO/EP复合材料相对纯环氧树脂具有更高的形状固定率与形状恢复温度。

石墨烯/酚醛树脂纳米复合材料的热解行为

黄桂荣, 刘洪波, 杨丽, 何月德, 夏笑虹, 陈惠

2015, 30(5): 412-418.

摘要(972)

PDF(1072)

摘要:
将氧化石墨烯与自制酚醛树脂乳液(PF)共混,经水合肼还原和热固化制备石墨烯/酚醛树脂(GNS/PF)纳米复合材料。利用AFM、SEM、FTIR和TG-DTG技术考察石墨烯对GNS/PF复合材料的形貌、结构、热稳定性和残炭率的影响。结果表明,石墨烯片均匀分布在PF中,没有发生团聚,且石墨烯片与PF间具有良好的界面结合。石墨烯薄片对PF基体强烈的吸附作用增加了PF分子链的活性和有序性,显著提高了GNS/PF纳米复合材料内PF基体的固化交联密度,进而提高了PF基体的耐热性和高温残炭率。在300~450℃条件下,纯酚醛树脂的热分解峰值温度为382.7℃,添加质量分数0.65%的GNS后,热分解峰值温度提高到408℃。在隔绝空气下900℃热处理,纯酚醛树脂的残炭率为46.2%,添加0.65%氧化石墨烯后残炭率增至59.4%,提高了13.2%。

微膨石墨锂离子电池负极材料的制备及电化学性能

郭德超, 曾燮榕, 邓飞, 邹继兆, 盛洪超

2015, 30(5): 419-424.

摘要(826)

PDF(632)

摘要:
以天然鳞片石墨为原料,利用电泳插层法制备出具有适当膨胀体积的微膨石墨,石墨的结构缺陷增多,具有较大的比表面积和增大的石墨层间距。微膨石墨的可逆容量可以达到521 mAh/g;在0.2 C倍率循环充放电30次容量最佳可保持在99%以上,在1.0 C循环50次其容量可稳定在188 mAh/g,且表现出良好的倍率性能。微膨石墨电化学性能的改善得益于其具有适当的比表面积及内部结构的改变。交流阻抗测试显示微膨石墨的SEI膜阻抗和电荷传递阻抗小于鳞片石墨,具有良好的电化学活性。

海绵状活性炭/有机复合多孔材料的制备及其吸油性能

马伟, 徐赛男, 陈克, 郭玉强, 赵峰惠, 陈永

2015, 30(5): 425-431.

摘要(706)

PDF(834)

摘要:
针对活性炭粉末和活性炭块体在吸油除污过程中,易沉积到水中,不利于吸附漂浮在水面上的油膜,同时难以回收再利用的问题。首先对椰壳活性炭改性,以提高其吸油性能;再通过聚乙烯醇与甲醛聚合反应,并经发泡致孔,制备出可循环使用、具有三维网络孔结构的活性炭/有机复合材料。通过正交实验方案设计,考察水、活性炭、稀硫酸(9%)、甲醛溶液(40%)、可溶性淀粉的量及反应温度对所制多孔复合材料吸附油水混合体系效果的影响。相对于粉末活性炭和块体活性炭,所制柔性复合材料密度小(0.1977g/cm³),在使用过程中可以完全漂浮在水面上,有利于吸附漂浮的油膜,方便回收再利用。所制的多孔复合材料呈海绵状,具有丰富发达的多级孔结构,在最佳工艺条件下油吸附量达到活性炭的1.5倍左右。

石墨片对环氧树脂的热学、力学和电学性能影响

Subhra Gantayat, Gyanaranjan Prusty, Dibya Ranjan Rout, Sarat K Swain

2015, 30(5): 432-437. doi: 10.1016/S1872-5805(15)60200-1

摘要(437)

PDF(745)

摘要:
采用溶液技术制备出膨胀石墨增强环氧树脂复合材料。对石墨进行化学改性以提高与环氧树脂的相容性。采用XRD、FE-SEM和HR-TEM对环氧树脂/膨胀石墨复合材料进行表征。与环氧树脂相比,添加质量分数9%膨胀石墨后,该复合材料的热分解温度从340℃升高至480℃,抗张应力提高30%,导电率由10^-15增加至10^-5数量级。热学、力学和电学性能的显著提高,主要归因于膨胀石墨纳米片在环氧树脂基体中的良好分散性,从而可用于广泛的应用领域。

含磷石墨层间化合物的制备及其膨化性能研究

周明善, 黄遥, 陶勇

2015, 30(5): 438-444.

摘要(657)

PDF(867)

摘要:
以天然鳞片石墨、HClO₄、H₃PO₄、CrO₃为原料,按质量比1:1:2:0.3,利用化学氧化法制备出低温易膨胀、高膨胀容积的石墨层间化合物,300℃时膨胀容积为350mL·g^-1,800℃时达到最大膨胀容积610mL·g^-1,明显优于传统硫酸插层的石墨层间化合物。采用SEM、EDS、XPS、FT-IR、XRD、TG等技术对石墨层间化合物的组成、结构、性能进行表征和分析,结果表明:石墨层间的插入物为PO₄^3-、ClO₄^-、Cr₂O₇^2-;并对化学氧化法插层机理进行了探讨。

以纳米炭纤维为模板浸渍制备V₂O₅-K₂SO₄/Al₂O₃-SiO₂纤维复合催化剂

吴强, 赵立, 武美霞, 姚伟峰

2015, 30(5): 445-450.

摘要(491)

PDF(505)

摘要:
以SiO₂纤维为宏观基体材料,首先采用化学气相沉积法制备纳米炭纤维,然后以纳米炭纤维作模板将纳米多孔Al₂O₃固化在SiO₂纤维上,以此得到Al₂O₃-SiO₂纤维复合载体材料,最后采用浸渍法制得V₂O₅-K₂SO₄/Al₂O₃-SiO₂纤维复合催化剂。考察V₂O₅-K₂SO₄/Al₂O₃-SiO₂纤维复合催化剂对炭黑颗粒氧化反应的催化性能。结果表明,该类催化剂能明显降低炭黑颗粒的起燃温度,可以有效地降低柴油车尾气中炭黑颗粒的排放,具有潜在的实际应用前景。

热压温度对纳米粘土增强炭/炭复合材料结构和性能的影响

孔垂周, 高晓晴, 郭全贵, 宋进仁, 杨禹

2015, 30(5): 451-458.

摘要(434)

PDF(551)

摘要:
采用热压与致密化工艺分别在1 000、1 100、1 200和1 300℃下制备出纳米粘土增强一维炭/炭复合材料(C/C)。利用XRD、激光拉曼光谱等研究纳米粘土的热转变规律,利用体密度、导热率、抗弯强度及模量等数据研究纳米粘土的热转变对C/C复合材料的影响。采用场发射扫描电镜分析试样微观形貌。结果表明,热压温度对纳米粘土增强C/C复合材料的结构和性能影响显著。1 200℃热压制备的C/C复合材料抗弯强度最大为230.1 MPa,模量最大为87.3 GPa。C/C复合材料中的纳米粘土1 200℃热压转变成莫来石、方石英、无序粘土、有序炭及无序炭。这些组分均匀分散在基体中,可改善基体炭结构以及基体炭和炭纤维的界面,提高复合材料的力学性能;1 300℃热压时纳米粘土中的SiO₂与基体炭发生碳热还原反应,破坏了基体结构,导致材料的抗弯强度和模量降低,而反应产物SiC提高了材料的导热率。

聚酰亚胺的化学结构在炭膜制备过程中的变化规律及热解机理

李琳, 祁文博, 王虹, 张萍萍, 孙美悦, 王同华, 李建新, 曹义鸣

2015, 30(5): 459-465.

摘要(590)

PDF(727)

摘要:
从分子设计出发,用不同的二胺单体和相同的二酐单体合成聚酰胺酸并制备聚合物膜。采用热重、热重-质谱、红外和X射线光电子能谱分析聚酰胺酸在热解过程中的结构变化及机理。结果表明,在热解过程中,聚酰胺酸的热解包括4个阶段,经吸附水和吸附氧的脱除及溶剂挥发,亚胺化,交联,以及高温阶段的主链断裂、脱氧、脱氢、芳构化等热解过程转化为无定形炭结构。前驱体的结构不同导致热解过程存在差异。PPD-PMDA和TMPPD-PMDA热解时所需的温度较高。其它聚酰亚胺析出CH₄、CO₂、C₆H₆的温度顺序为ODA-PMDA >BDAF-PMDA >BAPP-PMDA。在700℃热解后,BDAF-PMDA所含的氟元素基本消失。这表明聚酰亚胺的化学结构对炭膜的微结构有较大影响。

聚二甲基硅氧烷改性多孔石墨烯复合相变材料

梁卫东, 张国栋, 刘野, 陈品松, 朱照琪, 刘小育

2015, 30(5): 466-470.

摘要(672)

PDF(1211)

摘要:
采用碳酸钙作为硬模板制备出孔直径为0.5~5nm的多孔石墨烯,并以聚二甲基硅氧烷(PDMS)气相沉积改性提高多孔石墨烯的亲油性,接触角为152.3°。经熔融浸渍法制备PDMS改性多孔石墨烯/棕榈酸复合相变材料,棕榈酸的吸附量达80.2%,将石墨烯的多孔结构完全填充均匀。X射线衍射测试相变材料的结晶性质没有变化;差示热扫描热量分析表明,经PDMS改性后的多孔石墨烯复合相变材料在熔融和结晶过程中,相变焓分别为170.1kJ·kg^-1和167.8kJ·kg^-1,可望应用于余热回收和太阳能贮存等领域。

稻壳基介孔炭的制备及其在超级电容器中的应用

吴明铂, 李玲燕, 刘军, 李杨, 艾培培, 吴文婷, 郑经堂

2015, 30(5): 471-475. doi: 10.1016/S1872-5805(15)60201-3

摘要(676)

PDF(736)

摘要:
以量大价廉的稻壳为原料,先后经NaOH脱硅处理、预氧化、磷酸活化,在无模板的情况下制备出介孔炭材料。NaOH脱硅处理可有效除去稻壳中的硅并破坏纤维素的晶体结构,脱硅过程中形成的孔隙亦有利于高比表面积和高中孔率介孔炭的制备。所制介孔炭比表面积和中孔率分别高达2 009 m²·g^-1和90.8%。其在50 mA·g^-1电流密度下的比电容达176 F·g^-1,即使在1 000 mA·g^-1的大电流下,其比电容仍保持在126 F·g^-1,表现出优异的倍率能力。所制介孔炭具有良好的循环稳定性,在200·mA g^-1电流密度下的比电容高达150 F·g^-1, 1 000次循环无容量衰减。稻壳基介孔炭在超级电容器领域具有良好的应用前景。

拉曼光谱分析炭纤维表面的微观结构

任桂知, 陈淙洁, 邓李慧, 全海宇, 吕永根, 吴琪琳

2015, 30(5): 476-480. doi: 10.1016/S1872-5805(15)60202-5

摘要(468)

PDF(772)

摘要:
采用拉曼光谱技术研究了PAN基炭纤维表面微观结构的异质性。借助于自制的旋装装置,实现了单根炭纤维纤维的旋转,利用拉曼面扫描技术获得了纤维整个外表面的拉曼光谱。通过分峰数据处理,得到I_I/I_G、I_A/I_G、I_Di/I_G与I_D/I_G的分布,发现这些结构参数具有较大的波动性,说明炭纤维表面微观结构是不均匀的。进一步也计算出纤维表面的晶粒尺寸L_a在0.7-2.9 nm间变化,结构缺陷有沿着纤维轴向取向的趋势。通过拉曼旋转扫描,揭示出了炭纤维表面的复杂微观结构。

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