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2020年  第35卷  第1期

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Graphical Contents
2020, 35(1): .
摘要(94) PDF(87)
摘要:
石墨烯应用于锂硫电池的研究进展
刘勇志, 王勇, 王聪伟, 王俊英, 王俊中
2020, 35(1): 1-11.
摘要(850) PDF(258)
摘要:
锂硫电池具有很高的理论放电比容量（1 675 mAh/g）和能量密度（2 600 Wh/kg），被认为是最具前景的新型电池之一。石墨烯具有优良的导电性和电化学性能，具有开阔的负载硫的表面和空间，是导电性差的硫黄和硫化锂的良好载体，为锂硫电池正极材料提供了新的研发平台。本文介绍了近年来石墨烯及其复合材料应用于锂硫电池中的研究进展，包括石墨烯或氧化石墨烯负载硫、杂原子掺杂石墨烯负载硫、石墨烯三维网格负载硫和石墨烯-多孔炭复合炭材料负载硫等4种石墨烯基-硫正极材料，概述了其锂硫电池的比容量、倍率性能和循环寿命等性能指标。从石墨烯基锂硫电池正极材料的设计和合成的角度，总结了不同微结构特征的石墨烯及其复合材料组装成锂硫电池的性能特点，并分析了材料组成和微结构对电池性能的影响机制。在总结的基础上展望了石墨烯应用于锂硫电池的发展方向。
基于离子液体功能化石墨烯/碳纳米管的葡萄糖传感器的研究
邹磊, 王珊珊, 邱军
2020, 35(1): 12-19. doi: 10.1016/S1872-5805(20)60472-3
摘要(346) PDF(113)
摘要:
将离子液体功能化的石墨烯/碳纳米管（G-IL/CNTs）修饰到玻碳电极上，再固载上葡萄糖氧化酶（GOD）和辣根过氧化物酶（HRP），构筑了新型的（G-IL/CNTs）/（GOD+HRP）/GC双酶葡萄糖传感器。用SEM观察电极形貌，发现碳纳米管类似于导线穿插在石墨烯片层中，连接了各石墨烯片层，两者结合形成了三维立体结构，明显提高了石墨烯的分散性，同时由于功能化后的石墨烯与碳纳米管的协同作用，该传感器在葡萄糖的检测上表现了良好的分析性能，传感器的线性范围为0.004~5 mmol/L，灵敏度为53.89 μA mmol/L-1cm-2，检出限为3.99×10-7 mol/L（S/N=3）。
基于非均相成核理论开展的煤沥青净化研究
孟雨辰, 马兆昆, 曹瑞雄, 宋怀河
2020, 35(1): 20-25.
摘要(803) PDF(146)
摘要:
中间相沥青常用作高端炭材料的前驱体，因此其沥青原料应具有较低的灰分。本研究以中温煤沥青为原料，结合非均相成核理论，先热缩聚生成中间相微球，再过滤除去微球和其表面负载的喹啉不溶物的方法获得精制沥青。考察了热缩聚时间和滤材孔径对精制沥青灰分和收率的影响，并运用SEM对滤渣微观形貌进行观察，探究了此方法的脱灰机理。结果表明，热缩聚温度和滤材孔径对脱灰效果影响很大：当热缩聚温度一定时，随着热缩聚时间的增长，获得精制沥青的灰分先下降后趋于稳定，而收率持续下降；当热缩聚时间一定时，精制沥青灰分和收率会随着滤材孔径的减小而降低。使用此净化方法可以得到灰分低至9×10-5的精制沥青，能够满足多种高端炭材料原料的要求。
纤维种类对C/C复合材料力学及摩擦磨损性能的影响
王连毅, 罗瑞盈, 商海东, 崔光远
2020, 35(1): 26-33.
摘要(436) PDF(114)
摘要:
为了制备性能优异、成本低廉的炭/炭（C/C）复合材料，以聚丙烯腈（PAN）基炭纤维预氧丝纤维（OPF）和炭纤维（CF）为原料，采用化学气相渗积致密化工艺，制备出两种密度均为1.7 g/cm3左右的C/C复合材料，研究了不同种类纤维C/C复合材料的力学性能及不同刹车条件下的摩擦磨损性能，并观察其微观结构，分析纤维种类对摩擦磨损性能的影响机制。结果表明：两种C/C复合材料弯曲性能均表现出假塑性断裂，且弯曲强度相近，弯曲强度分别为127 MPa（CF C/C复合材料）、113 MPa（OPF C/C复合材料）；OPF C/C复合材料的层间剪切强度为13.4 MPa，较CF C/C复合材料的层间剪切强度（10.01 MPa）提高了30.26%；与炭纤维相比，采用预氧丝作为原材料更易获得粗糙层热解炭，并且预氧丝纤维的硬度较低，易磨合形成光滑的摩擦面，在不同的刹车条件下，以预氧丝为原料制备的C/C复合材料具有更稳定的摩擦系数和更低的线性磨损；当刹车压力为0.65 MPa，刹车速度为20~25 m/s时，OPF C/C复合材料的摩擦系数稳定在0.35附近，同时表现出良好的抗磨损性能，线性磨损为1.3~1.5 μm/（面·次）。
聚色氨酸功能化石墨烯电化学催化多巴胺
弓巧娟, 韩海霞, 王永东, 姚陈忠, 杨海英, 乔锦丽
2020, 35(1): 34-41. doi: 10.1016/S1872-5805(20)60473-5
摘要(500) PDF(129)
摘要:
本文构建了一种基于色氨酸和石墨烯复合材料灵敏检测多巴胺的电化学传感器。传感器的构建是通过在石墨烯修饰的玻碳电极表面电化学沉积色氨酸，得到Trp/GN/GCE，研究结果表明构建的Trp/GN/GCE界面对多巴胺氧化反应具有很好的电化学催化作用。以差分脉冲法记录催化电流，峰电流与多巴胺浓度呈线性相关，线性范围为0.2~100 μmol，检出限为0.06 μmol。建立的方法在大量抗坏血酸存在下可以成功检测多巴胺，该方法还用于检测多巴胺注射剂中多巴胺含量。
近性能炭纤维力学性能与微观结构的关联性
王美玲, 边文凤
2020, 35(1): 42-49. doi: 10.1016/S1872-5805(20)60474-7
摘要(351) PDF(99)
摘要:
炭纤维具有复杂的微观结构，使得不同炭纤维的微观结构和力学性能之间存在差异，特别是相近性能炭纤维之间的差异甚是微妙。本文采用万能材料试验机、X射线衍射、小角散射和拉曼光谱对炭纤维单丝样品进行了力学性能和微观结构的表征。结果表明，除SY300外，相近性能炭纤维的拉伸强度随d002和R的减小而增大，随Lc的增大而增大；对于同种原丝生产工艺的炭纤维，拉伸强度随微孔半径和密度的减小而增大。拉伸强度的离散可用Weibull模数进行表征，随微孔半径的减小而降低。根据实验数据采用Griffith（Irwin）公式估算得到的炭纤维拉伸强度比实测强度大，采用Mathematics和MATLAB软件对拉伸强度和微观结构数据进行了数值模拟，得到拉伸强度的估算公式，经采用其它研究者给出的T300炭纤维微观结构数据验证对比，得到的拉伸强度数据与测试数据相符。
中空氮掺杂沥青基活性炭纤维的结构调控与电化学性能
乐丹, 杨建校, 孙兵, 石奎, 朱辉, 李轩科
2020, 35(1): 50-57.
摘要(536) PDF(102)
摘要:
以聚乙烯亚胺（PEI）为氮源与乙烯焦油沥青进行复合制备了可纺沥青，通过熔融纺丝、预氧化、炭化和活化制得了具备中空结构的富氮沥青基活性炭纤维（ACF）。利用N2吸附与脱附等温线、XPS、SEM、Mapping等分析技术对所制得的ACF的表面形貌、孔隙结构及表面化学性质进行了表征，并测试了其作为超级电容器电极材料的电化学性能。研究结果表明，PEI在纺丝沥青中的掺入可明显提升ACF的比表面积，改善其孔径分布，增加其表面含氮官能团，从而改善材料表面润湿性，同时PEI在炭化过程中的热分解促使了纤维中空结构的形成，所制得ACF具有中空结构，提高了材料的有效比表面积，进而显著提高其比电容。PEI的掺入量为20%时，合成的可纺沥青所制备的ACF的比表面积高达2 756 m2/g，孔径主要分布在0.7~2 nm，其比电容在电流密度为0.5 A/g时可达314 F/g，远高于未进行氮掺杂的ACF的比电容（194 F/g），显示出较好的电化学性能。
高石墨含量鳞片石墨/铜复合材料的微观结构和性能
刘犇, 张东卿, 李香粉, 郭晓慧, 师晶, 刘占军, 郭全贵
2020, 35(1): 58-65. doi: 10.1016/S1872-5805(20)60475-9
摘要(497) PDF(140)
摘要:
通过真空热压烧结制备出高石墨含量的鳞片石墨/铜复合材料。研究了高石墨含量对鳞片石墨/铜复合材料微观结构和性能的影响。结果表明，随着石墨体积分数的增加（72.08 vol.%~93.34 vol.%），复合材料的密度降低（4.07~2.63 g cm-3）；电导率降低（14.71%~2.45%国际退火铜标准）；面向热导率先增加后降低，在石墨体积分数为82.6%时，面向热导率达到最大值为663.73 W m-1 K-1；面向热膨胀系数降低（6.6×10-6~2.2×10-6 K-1）；抗弯强度降低（42.48~14.63 MPa），抗压强度降低（45.75~20.46 MPa）。鳞片石墨在复合材料中高度取向排列，分布均匀。并对预测复合材料的热导率模型进行修正，发现测量结果和模型预测结果相吻合。
纳米碳管改善氧化铝填充硅橡胶复合材料的导热与机械性能
林嘉隆, 苏诗茗, 贺艳兵, 康飞宇
2020, 35(1): 66-72. doi: 10.1016/S1872-5805(20)60476-0
摘要(603) PDF(114)
摘要:
纳米碳管由于其优异的特性可以用于改善复合材料的导热和机械性能。本文通过传统的机械混合工艺，采用氧化铝粉体和少量纳米碳管填充甲基乙烯基硅橡胶，研究了氧化铝粉体的质量分数、表面改性和纳米碳管的添加对复合材料热导率、杨氏模量和硬度的影响。结果表明：氧化铝粉体的质量分数越高，复合材料的热导率越高；当氧化铝粉体的质量分数固定时，对其表面改性和添加纳米碳管能够明显提高复合材料的热导率、杨氏模量和硬度，发现改性氧化铝和纳米碳管并用可以协同增强填料与橡胶间的界面作用，促进橡胶基底中更好的导热通道和网络结构的形成，从而改善复合材料的导热和机械性能。
气相原位聚合制备碳纳米管/乙丙橡胶复合材料及其性能表征
申锴泉, 李化毅, 王垚
2020, 35(1): 73-79.
摘要(386) PDF(71)
摘要:
以碳纳米管为防黏助剂，通过气相原位聚合制备了乙丙橡胶复合材料。加入适量的碳纳米管可以防止聚合过程中由于温度升高导致的橡胶颗粒软化粘结问题，且碳纳米管的加入对乙丙橡胶的熔融温度和热解温度没有影响；与导电炭黑相比，碳纳米管的加入显著提高了复合材料的导电性能和拉伸强度；通过气相原位聚合制备的复合材料，碳纳米管在乙丙橡胶中的分散良好，其导电性能优于机械共混法制备的碳纳米管-橡胶复合材料。
稀土镧催化热解二甲苯制备炭/炭复合材料的导热与摩擦性能
邓海亮, 郑金煌, 殷忠义, 姚冬梅, 苏红, 张晓虎, 斯松华
2020, 35(1): 80-86.
摘要(438) PDF(75)
摘要:
采用薄膜沸腾CVI以LaCl3催化热解二甲苯、浸渍树脂及高温处理后获得密度为1.72~1.73 g/cm3的炭/炭（C/C）复合材料，应用激光热导仪、摩擦试验机及扫描电镜等研究了催化剂含量对材料导热和摩擦性能的影响。结果表明，催化剂含量由0增加至15 wt%时，材料的热导率先升高后降低，摩擦系数及磨损率的变化与之相反。含量6 wt%下材料的导热性能较高，垂直与平行摩擦面方向的热导率最大分别为40.3和86.1 W/（m·K），较含量为0时提高约58.5%和75.6%；制动过程中，摩擦面易于形成纳米丝状碳增强的光滑摩擦膜，是该含量下材料摩擦系数和磨损较低、制动稳定性高的重要原因。
碳纳米管载钴基纳米材料的制备:一种优异的电催化析氢活性材料
夏霁, 李绍敏, 高森, 谢松, 刘昊
2020, 35(1): 87-96. doi: 10.1016/S1872-5805(20)60477-2
摘要(607) PDF(131)
摘要:
在高效过渡金属磷化物催化剂中，钴镍磷（CoNiP）以其优异的析氢催化活性，被认为是最有可能在将来替代贵重金属铂的一类催化剂。采用一种简单的工业浸渍法和两步煅烧法制备了在氮掺杂碳纳米管上（NCNTs）均匀分散的CoNiP纳米颗粒，获得了具有高效析氢活性的催化材料（CoNiP/NCNTs），该材料具有较低的过电位和良好的析氢稳定性等优点。在磷化物的合成过程中，磷源加入的量是影响其性能至关重要的因素。实验通过改变磷化过程中加入次磷酸钠的量考察了磷源含量对材料催化性能的影响。经过优化后的CoNiP/NCNTs纳米材料，在0.5 mol/L的硫酸溶液中具有44 mV的初始过电位，并且在电流密度为10 mA cm-2的时候，过电位仅为75 mV。经过24 h的稳定性测试，电位仅下降6 mV。因此，实验制备的催化材料具有优异的析氢催化性能，在工业产氢领域具有很好的应用潜力。

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