新型炭材料

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2016, 31(6): .

摘要(230)

PDF(586)

摘要:

石墨烯/聚合物复合材料的研究进展及其应用前景

曾尤, 王函, 成会明

2016, 31(6): 555-567.

摘要(1181)

PDF(1649)

摘要:
随着石墨烯低成本宏量制备技术的突破，石墨烯的工业化应用进程已引起人们广泛关注。本文介绍了石墨烯在聚合物基复合材料领域的研究进展，侧重阐述石墨烯/聚合物复合材料在力学增强、导电/导热网络构建、防腐阻燃等方面的代表性研究成果，同时对商业化石墨烯产品及其复合材料应用进行了简单评述，探讨了石墨烯/聚合物复合材料领域目前存在的主要问题及未来发展趋势。

垂直定向螺旋碳纳米管阵列的大量合成

张继成, 唐永建, 易勇, 马康夫, 周民杰, 吴卫东, 王朝阳

2016, 31(6): 568-573. doi: 10.1016/S1872-5805(16)60032-X

摘要(652)

PDF(578)

摘要:
以二甲苯作为碳源、二茂铁作为催化剂前驱体，采用催化裂解法大规模合成了具有不同螺距和螺旋直径、垂直于基底生长的碳纳米管阵列。通过拉曼光谱和高分辨透射电镜测试分析，结果表明，所制备的碳纳米管阵列分布均匀、石墨化程度高，且沿其长度方向具有不同的螺距和螺旋直径。由于在碳纳米管的生长过程中，会伴随着碳五环、碳七环与碳六环的生成，而碳六环是形成石墨晶格的基本结构单元。当碳六环网络结构中出现碳五环和碳七环时，螺旋形的碳纳米管就会形成。实验中螺旋形碳纳米管的产率约为4.5 mg/cm²·h。螺旋形碳纳米管在高性能传感器、谐振器、纳米机械弹簧、电感等纳米电子器件中具有潜在的应用价值。

氧化石墨烯水泥浆体流变性能的定量化研究

王琴, 王健, 吕春祥, 崔鑫有, 李时雨, 王皙

2016, 31(6): 574-584. doi: 10.1016/S1872-5805(16)60033-1

摘要(962)

PDF(794)

摘要:
采用流变仪和激光共聚焦显微镜对不同氧化石墨烯（GO）掺量的新拌水泥浆体的流变参数以及浆体微观形态进行了定量化研究，并采用Modified-Bingham（M-B）模型和Herschel-Bulkley（H-B）模型对所测数据进行了拟合处理，提出了GO影响新拌水泥浆体的作用机理。结果表明，GO的掺入可以使新拌浆体中在减水剂作用下分散的水泥颗粒发生再次凝聚，形成重组絮凝结构，且随着GO掺量的增加，重组絮凝结构的数量越多，从而使得浆体流变性发生显著变化。一方面，新拌浆体的塑性粘度、屈服应力以及触变性随GO掺量的提高而显著增加。另一方面，GO的掺入提高了新拌浆体的临界剪切速率，使其在较大剪切速率下的流变行为仍然表现为剪切变稀；降低了浆体的剪切增稠程度，提高了浆体的稳定性。

熔盐堆用超细颗粒石墨结构和熔盐浸渗研究

张文婷, 张宝亮, 宋金亮, 戚威, 贺秀杰, 刘占军, 连鹏飞, 贺周同, 高丽娜, 夏汇浩, 刘向东, 周兴泰, 孙立斌, 吴莘馨

2016, 31(6): 585-593. doi: 10.1016/S1872-5805(16)60034-3

摘要(834)

PDF(605)

摘要:
研究各向同性微细颗粒石墨ZXF-5Q的微结构及熔盐浸渗特性。使用光学显微镜、压汞仪、真密度仪、透射电子显微镜、X射线衍射仪以及拉曼光谱仪，对其气孔、煅烧裂纹、Mrozowski裂纹及晶体结构进行表征。结果表明，ZXF-5Q拥有均匀分布的气孔，非常小的入孔孔径（0.4 μm），数量众多的透镜状Mrozowski裂纹以及良好的晶体结构。熔盐浸渗实验在不同压力（分别为1、3、5个大气压）650℃环境下进行。利用扫描电子显微镜和X射线能谱仪对其浸渗特性进行了观察分析。研究表明，由于其非常小的入口孔径，ZXF-5Q在5个大气压外加压强环境下依然可以很好阻止熔盐浸渗。尽管没有浸渗发生，在ZXF-5Q内部可以发现球形熔盐颗粒，可能是熔盐蒸汽凝结造成的。

聚苯胺-炭微球复合材料的制备及其电化学性能

刘伟峰, 杨永珍, 刘旭光, 许并社

2016, 31(6): 594-599. doi: 10.1016/S1872-5805(16)60035-5

摘要(562)

PDF(661)

摘要:
通过电化学沉积法制备得到聚苯胺/炭微球（PANI/CMS）复合电极材料，通过场发射扫描电子显微镜和红外光谱对PANI/CMS复合材料进行形貌和结构表征。并采用循环伏安、恒电流充放电、电化学阻抗谱及循环寿命测试等技术考察其电化学行为。结果表明：PANI均匀包覆于CMSs表面；在电流密度为1 A·g^-1时，复合材料的比电容达到206 F·g^-1；PANI/CMS复合材料表现出优异的电化学稳定性。说明PANI/CMS复合材料有望作为电极材料用于超级电容器。

反相乳液法无乳化剂制备炭微米球及其电化学性能

冯翀, 赵江红, 韩佰欣, 孙亚慧, 王建龙, 李开喜

2016, 31(6): 600-608.

摘要(471)

PDF(641)

摘要:
以酚醛树脂的乙醇溶液为原料，导热油和硅油混合油为油相，在不添加任何乳化剂的情况下，采用反相乳液法制得酚醛树脂微米球。重点考察了合成条件对树脂成球的影响，并探讨了体系的成球机制。结果表明，引入黏度低、导热性能好、可与酚醛树脂形成强π-π相互作用的导热油对合成树脂微球起关键作用。混合油质量比、酚醛和乙醇配比及搅拌速度在较宽范围内变化时，制得的酚醛树脂微球经800℃炭化均能获得球形度良好的炭微米球。优化条件下（导热油和硅油质量比为4：1，乙醇和酚醛质量比为4：1，搅拌速度为2 000 r/min），可获得球形度好、尺寸分布较窄的炭微米球（5~20 μm）。该球经KOH活化后，当电流密度为1 A/g时，比电容可达206 F/g，电流密度为20 A/g时，比电容仍然保持在134 F/g。这些优异的电化学性质归因于炭球高的比表面积和合适的孔道结构。

球形“花”状结构MoS₂/石墨烯锂离子电池负极材料及其电化学行为

牟砚圃, 王丛, 詹亮, 刘想, 王艳莉

2016, 31(6): 609-614.

摘要(524)

PDF(731)

摘要:
以氧化石墨烯、钼酸钠、硫脲为原料，采用水热法在240℃原位合成MoS₂/石墨烯纳米复合材料，并考察了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明：由片层纳米结构自组装形成球形“花”状结构的MoS₂分散于石墨烯表面；MoS₂/石墨烯负极材料，在100 mA/g电流密度下100次循环后，放电容量仍达735.2 mAh/g，并具有良好的大电流倍率性能（375 mAh/g，1 000 mA/g）。该结果应归因于：合成的MoS₂为较薄的片层结构，减小了离子、电子的扩散或迁移路径；片层结构的MoS₂自组装成球形“花”状，构筑了丰富的中孔，有利于离子的扩散和存储，也能抑制材料在充放电过程中的体积膨胀；石墨烯良好的导电性及高比表面积，能有效提高MoS₂的充放电速度。

纳米MnO₂/膨胀石墨复合材料的制备及其电化学性能

徐德芳, 宋燕, 田晓冬, 王凯, 郭全贵, 刘朗

2016, 31(6): 615-620.

摘要(566)

PDF(676)

摘要:
采用水热法原位合成二氧化锰（MnO₂）/膨胀石墨（EG）复合材料，利用扫描电子显微镜（SEM）、x-射线衍射仪（XRD）、热重分析仪（TGA）对材料进行表征，并将所制MnO₂/EG复合材料（MEG）作为超级电容器电极，采用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗谱等方法进行电化学性能测试。结果表明，纳米MnO₂沉积填充在EG中，提高了材料导电性和稳定性；与纯MnO₂相比，复合材料不但具有较高的倍率性能，而且在1 000次循环后电容保持率高达100%。

炭纳米卷的极性微-拉曼光谱研究

G. Carotenuto, A. Longo, C. Camerlingo, S. De Nicola, G. P. Pepe

2016, 31(6): 621-627. doi: 10.1016/S1872-5805(16)60036-7

摘要(600)

PDF(515)

摘要:
采用剪切-摩擦机理，通过卷曲将双轴取向聚丙烯纤维表面转变成石墨纳米片，从而制备出炭纳米卷。通过光学和扫描电镜、透射电镜和红外光谱仪等手段对炭纳米卷的形貌进行分析。微-拉曼测试表征了卷曲结构的形貌变化。从振动的G模式分裂可知，石墨片取向度与卷曲轴有关。

Al-Si-C改性C/C复合材料的微结构特征与烧蚀行为

常亚彬, 孙威, 熊翔, 彭铮, 陈招科, 王雅雷, 徐永龙

2016, 31(6): 628-638.

摘要(640)

PDF(617)

摘要:
为了提高C/C复合材料的抗烧蚀性能，采用反应熔渗法制备Al-Si-C改性C/C复合材料，利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱和电子探针分析等手段分析熔剂成分、熔渗温度和气氛等参数对复合材料微观结构的影响。利用氧-乙炔焰烧蚀仪研究Al-Si-C改性C/C复合材料的烧蚀性能、烧蚀行为及机理。结果表明，随着工艺参数不同，反应熔渗法可制备出三类典型的Al-Si-C改性C/C复合材料。在1 500℃，氩气气氛中反应熔渗2 h形成了Al+SiC均质改性C/C复合材料；随着熔渗温度的升高（1 600℃）和熔渗时间的延长（6 h），形成了Al₄SiC₄+SiC改性C/C复合材料；在1 600℃，真空气氛中反应熔渗6 h形成了SiC+Al梯度改性C/C复合材料（Al含量由内到外递减）。三类Al-Si-C改性C/C复合材料显示不同的烧蚀行为，其中，SiC+Al梯度改性C/C复合材料具有最优的抗烧蚀性能，在2 500℃下烧蚀60 s后，样品表面无明显的烧蚀坑，质量烧蚀率分别为-1.0×10^-3 g/s和-1.2×10^-3g/s。

氧化石墨烯对L-色氨酸荧光猝灭及机理研究

弓巧娟, 王永东, 杨海英, 原梅妮

2016, 31(6): 639-645.

摘要(709)

PDF(662)

摘要:
采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，并用红外、拉曼光谱和扫描电镜等手段对氧化石墨烯的结构及形貌进行表征，考察了不同溶剂对L-色氨酸荧光光谱的影响；分别以L-色氨酸、氧化石墨烯为荧光剂和荧光猝灭剂，借助荧光光谱法研究了氧化石墨烯对L-色氨酸的荧光猝灭作用。根据紫外吸收光谱、Stern-Volmer方程和Lineweawer-Burk双倒数曲线方程，得出了氧化石墨烯对L-色氨酸荧光猝灭类型、猝灭速率常数（k_q）和结合常数（K）等参数。结果表明，氧化石墨烯对L-色氨酸的荧光有较强的猝灭作用，其荧光猝灭机理是氧化石墨烯与L-色氨酸形成复合物的静态猝灭。

含空位缺陷单壁碳纳米管断裂行为的有限元模拟

张续, 齐乐华, 舒扬, 付前刚, 李贺军

2016, 31(6): 646-650.

摘要(456)

PDF(628)

摘要:
提出了碳碳键的断裂准则，建立了含空位缺陷碳纳米管的有限元模型，基于此断裂准则采用有限元方法对单壁碳纳米管的断裂行为进行了模拟研究，计算得到了碳纳米管的抗拉强度和极限应变，并研究了单原子空位缺陷对碳纳米管抗拉强度和极限应变的影响。结果表明理想单壁碳纳米管的抗拉强度约为100 GPa，极限应变约为20%。单原子空位缺陷显著降低了碳纳米管的抗拉强度和极限应变，使抗拉强度降低了20%~30%，极限应变降低了12%~18%，这也正是碳纳米管极限强度的实验结果远低于理论预测结果的原因。

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