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2018年  第33卷  第4期

Graphical Contents
2018, 33(4): .
摘要(118) PDF(292)
摘要:
磷酸活化法活性炭孔隙结构的调控机制
左宋林
2018, 33(4): 289-302.
摘要(1388) PDF(762)
摘要:
磷酸活化法是植物纤维原料制备活性炭的主要化学活化方法。笔者系统综述了磷酸活化过程中活性炭孔隙结构的调控机制。从化学的观点,笔者提出植物纤维原料的磷酸活化在本质上是磷酸-生物高分子复合体的形成与热处理两个过程。基于这一概念,分析了植物纤维原料的组成与结构、浸渍条件等因素对磷酸-生物高分子复合体的组成与结构的影响,全面总结了植物纤维原料种类与预处理、植物细胞壁结构和结晶度、浸渍比、浸渍方式、温度和时间等组成、结构与条件对磷酸法活性炭孔隙结构的形成与发展的影响规律。在磷酸-生物高分子热处理过程中,系统总结了炭化温度、升温速率与中间停留温度等加热历程、惰性气体、氧化性气体和水蒸气等气氛对磷酸活化法活性炭孔隙结构的影响规律。最后概述了氧化性气氛和氧化试剂对磷酸活化过程的影响机理,以及磷酸活化过程中固相炭化和气相炭化对活性炭孔隙结构发展的贡献。
盐酸酸洗水活化法一步制备磁性活性炭
王芳, 党艳秋, 田勋, Steven Harrington, 马雷, 马彦青
2018, 33(4): 303-309. doi: 10.1016/S1872-5805(18)60340-3
摘要(438) PDF(311)
摘要:
以盐酸酸洗水为活化剂,玉米芯为为碳源,通过简单一步法制备出一种新型磁性活性炭。详细研究了该材料不同条件下甲基橙的吸附性能。结果表明,973 K活化1 h所得磁性活性炭具有较大的比表面积(784.76 m2/g),298 K甲基橙的吸附量高达555.56 mg/g。此外,磁性活性炭含有赤铁矿和磁铁矿易于从染料废水中分离。
提高富勒烯针状晶体拉伸强度的研究
Toshio Konno, Takatsugu Wakahara, Kun'ichi Miyazawa, Kazuhiro Marumoto
2018, 33(4): 310-315. doi: 10.1016/S1872-5805(18)60341-5
摘要(381) PDF(180)
摘要:
采用液-液界面沉积法,以甲苯和丙胺为溶剂,合成C60-C70富勒烯针状晶体固溶体。使用聚焦离子束扫描电子显微镜来测试其力学性能,C60-C70富勒烯针状晶体的拉伸强度为58~71 MPa,断裂韧性为1.1~1.3 MPa m1/2。C60-C70富勒烯针状晶体拉伸强度显著高于C60富勒烯针状晶体,其比强度略大于铝。通过富勒烯分子溶剂化可能改变C60-C70富勒烯针状晶体的塑性和断裂韧性。C60-C70富勒烯针状晶体有望用作电极、锚杆及电动给料机线等材料。
纳米CaCO3模板法合成石油沥青基多孔类石墨烯炭材料
刘明杰, 魏风, 杨雪梅, 董仕安, 李英杰, 何孝军
2018, 33(4): 316-323. doi: 10.1016/S1872-5805(18)60342-7
摘要(589) PDF(323)
摘要:
利用纳米CaCO3模板耦合原位KOH活化方法合成出超级电容器用多孔类石墨烯炭材料(PGCMs)。采用透射电子显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱和N2吸脱附技术对PGCMs进行了表征。结果表明,PGCMs的比表面积为1 542~2 305 m2 g-1,其取决于模板、KOH/沥青的比例和活化温度。当模板/沥青比为1.5、KOH/沥青比为1.5,在850℃恒温1 h所得PGCM的超电容性能最佳。同时,PGCMs具有相互连接的类石墨烯炭层和丰富的分级短孔。在6 M KOH电解液中,0.05 A g-1电流密度下,超级电容器用PGCMs电极的比容高达293 F g-1;在20 A g-1电流密度下,其电容保持为231 F g-1,显示了良好的倍率性能;经7 000次循环充放电后,其电容保持率为97.4%,展现了优异的循环稳定性。此外,在BMIMPF6离子液体电解液中,0.05 A g-1电流密度下,PGCMs电极的比容高达267 F g-1。PGCMs超级电容器的能量密度达148.3 Wh kg-1,其相应的平均功率密度为204.2 W kg-1。本工作为利用廉价的纳米CaCO3模板合成高性能超级电容器用石油沥青基多孔类石墨烯炭材料提供了一种可行的方法。
锂氟电池用高倍率氟化多壁碳纳米管正极材料
陈珑, 孙晓刚, 邱治文, 蔡满园
2018, 33(4): 324-332.
摘要(490) PDF(180)
摘要:
研究了相同氟碳比的氟化石墨(F-graphtie)和氟化多壁碳纳米管(F-MWCNTs)的电化学性能。高纯石墨化多壁碳纳米管经氟化处理后,获得一种核壳结构的F-WMCNTs (氟碳原子比C/F=1∶1)。经TEM、XRD、XPS表征表明,F-WMCNTs外层被氟化,形成氟化碳结构,而内层依然保持原有的石墨结构。以此F-WMCNTs作正极活性材料组装成锂氟(Li/CFx)一次电池。经电化学测试表明,在相同的放电倍率下,对比F-graphite电极(C/F=1∶1),F-WMCNTs电极能够有效提高Li/CFx一次电池的放电容量和电压平台。大倍率(≥1 C)放电时,尤其明显。当放电倍率为0.05 C时,F-WMCNTs极和F-graphite电极比容量分别为822 mAh/g和786.1 mAh/g,F-WMCNTs电极放电容量比F-graphite电极提高4.5%。当放电倍率为2 C时,F-WMCNTs电极和F-graphite电极分别达到375.4 mAh/g和283.7 mAh/g,F-WMCNTs电极的放电比容量比F-graphite电极提高了32.2%。F-WMCNTs电极显示出优异的倍率性能。
一步法合成N,S共掺杂荧光碳量子点及其检测汞离子性能
魏居孟, 刘碧桃, 张欣, 宋常春
2018, 33(4): 333-340. doi: 10.1016/S1872-5805(18)60343-9
摘要(356) PDF(291)
摘要:
采用简单一步水热法合成了高荧光量产率(FLQY,12.6%)的N,S共掺杂碳量子点(N,S-CQDs)。该碳量子点具有小的粒径,无定型结构,独特的表面态和依赖于激发光的荧光特性。N和S的共掺杂促进了N,S-CQDs和Hg2+离子之间的电子传递和协调相互作用。结果表明,该N,S共掺杂碳量子点在湖水中检测Hg2+离子展现出了较高的灵敏度和选择性。因此,该碳量子点作为荧光探针在环境监测中具有很好的应用前景。
纤维素纳米纤丝-碳纳米管/天然橡胶柔性导电弹性体的合成与性能
韩景泉, 陆凯悦, 岳一莹, 梅长彤, 王慧祥, 严鹏彬, 徐信武
2018, 33(4): 341-350.
摘要(1168) PDF(290)
摘要:
利用纤维素纳米纤丝(Cellulose nanofibers,CNFs)搭载碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)均匀分散在天然橡胶(Natural rubber,NR)基体中,制备了具有高强度和高柔韧性的复合导电弹性体(CNF-CNT/NR)。通过对其化学结构、微观结构、力学性能和电学性能等研究发现,CNFs能有效协助CNTs在NR基体中均匀分散,使得弹性体的力学性能和电学性能显著提高。当CNFs和CNTs含量分别为3和10 phr时,CNF-CNT/NR的强度和弹性模量可达6.44±0.32 MPa和8.77±0.48 MPa,约为纯NR的6.9和9.96倍,CNT/NR的1.49和1.59倍;其电导率可达1.78±0.86 S/m,在电流密度为0.3 A/g时比电容可达107 F/g;1.0 A/g的电流密度下循环充放电1 200次,其比电容仍为初始值的83%。该柔性导电弹性体具有优良的机械性能和电学性能,有望应用于柔性电子器件领域。
电子封装用石墨泡沫/Sn-Bi合金复合材料微观结构和热物理性能
连鹏飞, 宋金亮, 雷世文, 陶则超, 赵红超, 张俊鹏, 刘占军
2018, 33(4): 351-356. doi: 10.1016/S1872-5805(18)60344-0
摘要(274) PDF(137)
摘要:
以中间相沥青为原料,采用加压发泡法制备出不同结构和性能的高导热石墨泡沫。通过Sn-Bi合金高温熔融浸渍石墨泡沫,制备了电子封装用高导热石墨泡沫/Sn-Bi合金复合材料,系统研究了该材料的微观结构和热物理性能。结果表明,Sn-Bi合金均匀分散于石墨泡沫的孔隙结构中;复合材料的密度为3.83±0.01 g/cm3,其热扩散系数达到163.1±3 mm2/s,材料的热膨胀系数为8.08±0.02 ppm/K明显低于合金材料的20.7±0.02 ppm/K。通过石墨泡沫基体密度和结构的调控,可制备出低膨胀系数(8.08±0.02,16.4±0.02 ppm/K)的电子封装用高性能石墨泡沫/Sn-Bi合金复合材料。
载气对化学气相沉积中气体流场、反应物与热解炭沉积率影响的仿真研究
殷腾, 蒋炳炎, 苏哲安, 樊哲琼, 黄启忠
2018, 33(4): 357-363. doi: 10.1016/S1872-5805(18)60345-2
摘要(501) PDF(174)
摘要:
为了研究载气对化学气相沉积过程的影响,采用二维仿真模型,模拟立式反应炉中化学气相沉积过程。并建立了全组分扩散模型描述化学气相沉积过程中气体分子间的扩散过程。研究了氢气,氮气和氩气对气体流场,反应物浓度场以及热解炭沉积率的影响。结果表明,氢气有利于提高气体流场的稳定性;氢气有利于反应物的扩散,以氢气作为载气时,沉积壁面CH4,C2H2,C2H4和C6H6的浓度均匀性较好。采用氩气和氮气作为载气时,沉积率均高于氢气做载气的情况,但热解炭的沉积均匀性低于氢气做载气时的情况。仿真结果与实验吻合较好。
在大体积泡沫炭内壁置换沉积镀银
郭琮琮, 刘秀军, 李同起, 雷妍, 翟丽丽
2018, 33(4): 364-369. doi: 10.1016/S1872-5805(18)60346-4
摘要(234) PDF(131)
摘要:
为了有效地将大体积泡沫炭表面及孔隙内壁金属化,提出了置换沉积镀银的方法。该方法主要包括两个步骤:首先在泡沫炭孔隙内壁化学镀铜;然后,通过置换法沉积镀银。与传统的化学镀银相比,该方法中银的有效利用率和银在泡沫炭上的结合能力都有明显的提高。通过SEM、XRD、EDS以及电学与机械性能测试等,对镀层的纯度和泡沫炭的性能进行了分析。结果表明,泡沫炭孔隙内壁沉积上了致密、连续的银镀层。同时镀层中为结晶银,不含铜或银的其它氧化物。当银含量达15.5%时,镀银泡沫炭电导率从700 S/cm增加至2 055 S/cm,压缩强度从0.54 MPa增大至1.05 MPa。
酚醛气凝胶/炭纤维复合材料的结构与烧蚀性能
朱召贤, 董金鑫, 贾献峰, 龙东辉, 凌立成
2018, 33(4): 370-376.
摘要(578) PDF(499)
摘要:
分别以密度为0.15 g/cm3的铺层炭纤维毡和炭纤维穿刺编织体作增强体,采用酚醛树脂浸渍炭纤维,经溶胶-凝胶过程,制备出不同密度和结构的酚醛气凝胶/炭纤维复合材料(PAC)。研究表明,所制复合材料具有轻质(0.27~0.40 g/cm3)和低热导率(0.056~0.068 W·(m·K)-1)特点;炭纤维穿刺编织体复合材料(P-PAC)的弯曲强度是铺层炭纤维毡复合材料(L-PAC)的2倍,当P-PAC密度为0.40 g/cm3时,其弯曲强度可达35.9 MPa;P-PAC具有更优的耐烧蚀性能,在2 000℃、60 s的烧蚀条件下,其质量烧蚀率为0.0043 g/s、线烧蚀率为0.0147 mm/s。酚醛粒子因纳米尺寸效应能够完全分解、蒸发、升华,充分带走表面热,而气凝胶多孔结构也有效的阻止表面热量向内部传递,因而酚醛气凝胶/炭纤维复合材料具有优异的微烧蚀/隔热一体化功能。
炭纤维毛丝评价表征研究
李龙, 潘月秀, 朱世鹏, 冯志海, 杨云华, 宋轶军, 宋欢语
2018, 33(4): 377-384.
摘要(475) PDF(402)
摘要:
采用海绵摩擦方法研究了东丽T800H和国产T800级炭纤维毛丝,结果表明国产炭纤维毛丝量明显高于东丽炭纤维,随海绵压力、纤维张力增加,两种炭纤维毛丝量变化规律差异显著。扫描电镜照片统计结果显示国产炭纤维的断头率明显多于东丽炭纤维;炭纤维表面微摩擦力表征结果表明国产T800级炭纤维表面局部上浆不均匀造成的上浆剂堆积显著增大了纤维摩擦力;炭纤维丝束中单丝之间绞络程度也是影响毛丝量的重要因素。炭纤维毛丝典型断口形貌对比分析证实,纤维单丝受到径向分力导致其弯折断裂是毛丝的主要生成机制,断头率、摩擦力和单丝绞络程度三因素耦合是引起国产炭纤维毛丝量高于东丽炭纤维的主要原因。
“碳”无止境——记2018世界炭会议
刘旭光
2018, 33(4): 385-389.
摘要(279) PDF(323)
摘要:
2018年国际炭会议于2018年7月1~6日在西班牙马德里举行,由西班牙炭素学会主办。共有703名来自53个国家和地区的人员出席了会议,大会收集了论文摘要794篇。包括大会报告5个,主题报告49个,口头报告337个,展报403篇。会议设置的10个主题分别为:石墨和石墨烯,先进炭材料:纳米管、富勒烯、炭纤维和碳基复合材料,煤、焦炭和炭黑,热化学转化加工,炭的制备、表征和模拟计算,电化学应用,催化应用,环境应用,气体分离和储存,健康、医药和生物领域的应用。石墨烯、碳量子点及炭气凝胶等新型炭材料基础研究深度和广度不断拓展,应用多样化更加明显;杂原子掺杂或金属氧化物负载等复合化构建碳基复合材料,仍为调控其性能及应用的重要手段;储能炭、环保炭及健康炭将是炭材料的热点应用。