新型炭材料

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野中理惠, 西阳子, 太田直人, 稻垣道夫

2006, 21(04): 289-296.

摘要(2633)

PDF(1313)

摘要:
三种具有不同比表面积的活性炭—椰壳基AC-C、粒状AC-P和竹基AC-B分别与四种热塑性前驱体（改性剂）—聚乙烯醇（PVA）, 羟基丙基纤维素（HPC）, 柠檬酸（CiA），含氟聚酰亚氨（FPI）混合后，在900℃热处理1h。通过氮气吸附法和扫描电镜对改性后活性炭的孔结构进行了表征。实验发现，热塑性树脂对活性炭AC-B的孔结构改性最显著；而另外三种改性剂PVA，HPC和CiA的改性结果使得AC-B的表面积降低，这是由于对其微孔结构改性效果不同所引起的：PVA可消除所有微孔，HPC可以有效消除极微孔，而CiA仅减少极微孔体积，但增加了超微孔体积。一方面，30% CiA 的添加量，导致AC-B的外表面积增加了170%；另一方面，改性剂FPI通过增加极微孔，使其表面积增加达2倍之多。通过选择改性剂，能够改变活性炭基体中的微孔孔径分布，实际上是通过增加或减少其中的极微孔来实现。

乙炔热裂解沉积对PAN基炭纤维性能的影响

柯澤豪, 林瑞祥

2006, 21(04): 297-301.

摘要(2462)

PDF(1377)

摘要:
利用有机溶剂去除PAN基炭纤维表面的集束剂与染剂。然后通过乙炔热裂解沉积对其进行表面改性，以期获得兼具高机械强度和优良导电性的高性能PAN基炭纤维。采用SEM、AFM、XRD、Raman等方法对PAN基炭纤维在改性前后的微观结构、结晶性、抗拉强度、弹性模量、导电性等进行了分析。研究结果表明：采用化学气相沉积法可以提高或者明显改善石墨化处理后的PAN基炭纤维的力学性能（抗拉强度为2GPa，弹性模量为270GPa）和导电性（5×10−4Ω·cm）。

利用“二次焦”制备高强炭/石墨材料

刘占军, 郭全贵, 曹雅秀, 刘长安, 宋进仁, 刘朗

2006, 21(04): 302-306.

摘要(2277)

PDF(1388)

摘要:
以“二次焦”为填料，煤沥青为黏结剂制备高强炭/石墨材料。考察了压粉平均粒度对材料机械强度、收缩行为以及开孔率的影响。结果表明，用“二次焦”制备的炭/石墨材料具有较高的机械强度，经1300℃热处理后，材料的抗压强度和抗弯强度分别达到310.0MPa和113.7MPa。材料的体积收缩随压粉平均粒度的微细化下降，其开孔率在热处理温度为850℃时达到最大，随着热处理温度的进一步升高，开孔率逐渐下降。

纳米碳管结构差异对树脂炭包覆硅/纳米碳管复合材料电化学性能的影响

张勇, 刘畅, 李峰, 成会明

2006, 21(04): 307-314.

摘要(2487)

PDF(1305)

摘要:
采用聚乙烯醇（PVA）树脂炭化的方法，制备了PVA树脂炭包覆硅/不同纳米碳管复合材料，通过X-射线、高分辩电镜观察和电化学性能测试等手段比较研究了单壁、双壁和多壁纳米碳管作为弹性导电网络缓解硅在充放电过程中体积变化方面的效果。结果表明，单壁纳米碳管和双壁纳米碳管比多壁纳米碳管能够更好地缓解硅在循环过程中产生的结构和体积变化，这主要是因为其长径比大，缠裹效果更好。单壁纳米碳管和双壁纳米碳管具有相近的直径、长径比及宏观分布形式，但在循环过程中，双壁纳米碳管的结构稳定性好于单壁纳米碳管，进而其缓解硅结构变化的效果更好。

插层化合物在膨化过程中的热分解动力学

任慧, 康飞宇, 焦清介, 崔庆忠

2006, 21(04): 315-320.

摘要(4064)

PDF(1803)

摘要:
采用红外傅立叶变换光谱仪与热重分析仪联动装置在线检测HNO3-CH3COOH-GIC、H2SO4-GIC及H2SO4-CH3COOH-GIC等插层石墨的相变及热分解过程，同时通过快速扫描得到相应时间段内分解产物的红外光谱，并运用Kissinger-Ozawa原理计算了几种典型膨化反应的动力学参数。研究结果揭示了膨化过程的热分解机理，当升温速率在20℃/min～80℃/min范围时，由实验数据计算出膨化反应表观活化能不大于120kJ/mol。

分形维数和弹性模量衰减表征2D-C/SiC的拉伸蠕变损伤

吴小军, 乔生儒, 侯军涛, 韩栋, 李玫

2006, 21(04): 321-325.

摘要(2219)

PDF(1268)

摘要:
真空条件对2D-C/SiC复合材料在1300℃和1500℃进行了高温拉伸蠕变试验，蠕变进行到0、0.5h、2h、10h、25h、50h中断试验，用SEM观察表面形貌，用盒维数法计算试样表面裂纹的分形维数；同时测量试样的弹性模量。结果表明，由于2D-C/SiC特有的蠕变损伤形式，所形成的损伤尺度都较短，其分形维数介于0~1之间。用分形维数和弹性模量衰减都可表征2D-C/SiC的蠕变损伤，两种损伤参量所描述的蠕变损伤总的发展趋势基本一致，即蠕变开始阶段损伤发展较快，随后进入缓慢发展的第二阶段。在第二阶段中，分形维数表征的损伤持续单调增加；而用弹性模量衰减表征的损伤在该阶段出现先下降随后升高的现象。以基体裂纹为主要损伤形式的条件下，分形维数主要反映蠕变试样局部的损伤，而弹性模量衰减反映的是蠕变试样整体的损伤。

沥青基球状活性炭对几种生理分子的吸附性能

滕娜, 梁晓怿, 刘朝军, 刘小军, 张睿, 乔文明, 凌立成

2006, 21(04): 326-330.

摘要(2361)

PDF(1363)

摘要:
考察了具有不同BET比表面积及不同孔结构的沥青基球状活性炭(PSAC)对溶液中尿毒症分子肌酐、有益分子α-淀粉酶和脂肪酶的吸附行为，测定了PSAC对肌酐的吸附等温线及吸附速度曲线，并根据Freundlich等温线方程对肌酐吸附等温线数据进行处理，检验了实验数据与方程的吻合度，确定了方程参数。结果表明：PSAC对α-淀粉酶及脂肪酶吸附选择性差，对肌酐的吸附选择性好。PSAC对肌酐分子的吸附平衡容量取决于溶液浓度、孔径和比表面积；吸附速率随孔径增大而增加。PSAC对α-淀粉酶及脂肪酶的吸附选择性取决于PSAC的孔结构，孔越大吸附选择性越好。因此，评价PSAC吸附性能时需要考虑比表面积、孔结构及吸附质分子的特性。

纳米炭纤维的表面润湿行为

周静红, 隋志军, 李平, 戴迎春, 袁渭康

2006, 21(04): 331-336.

摘要(2564)

PDF(1212)

摘要:
采用动态渗透法研究了不同结构的纳米炭纤维（Carbon nanofibers, CNF）表面润湿性以及在不同溶剂中润湿性的变化和表面改性对其润湿性的影响。结果表明，生长条件如催化剂组成、碳源等对CNF的表面性质有显著影响，并最终决定其在溶剂中的润湿能力。以Fe/γ-Al2O3为催化剂，以C2H4为碳源得到的CNF在水中的润湿性能最差；而以Ni/γ-Al2O3为催化剂，CO为碳源得到的CNF在环己烷中的润湿性能最好。CNF在不同溶剂中的相对接触角测定表明CNF是一种表面非极性较强的材料。设CNF在润湿性能最好的环己烷中的接触角为0°，则CNF在水，丙酮，乙醇中的相对接触角分别为81.6°，45.2°，24.8°。不同的表面改性手段可对CNF的表面性质进行调变以控制其在不同溶剂中的润湿行为。在浓硝酸中液相氧化可提高其对水溶液和环己烷的润湿性能；在氩气中的高温热处理可提高其对水溶液的润湿性能，但降低了对环己烷的润湿能力；而在过氧化氢溶液中的处理则同时降低了对水溶液以及环己烷的润湿能力。

耐温型炭纤维乳液上浆剂

曹霞, 温月芳, 张寿春, 杨永岗

2006, 21(04): 337-342.

摘要(2650)

PDF(1806)

摘要:
采用热分析、粒度分析、酸碱滴定、接触角测定、界面剪切强度测试等方法研究了由热塑性聚酰亚胺树脂GCPI与热固性环氧树脂618组成的耐高温炭纤维上浆剂的性能。结果表明：该复合型上浆剂乳液粒径小、分布窄，具有良好的贮存稳定性和耐酸碱性，上浆剂乳液对纤维的浸润性通过渗透剂脂肪醇聚氧乙烯醚（JFC）调节。用该复合上浆乳液处理的炭纤维耐磨性能得到改善，且上浆后炭纤维与双马来酰亚胺基体树脂QY8911的界面剪切强度较上浆前提高97%。在高温350℃时，其复合界面剪切强度保持率可达室温时的75.62％。

炭纤维阳极氧化法表面改性

郭云霞, 刘杰, 梁节英

2006, 21(04): 343-348.

摘要(2749)

PDF(1459)

摘要:
采用阳极氧化法对聚丙烯腈（PAN）基炭纤维进行表面改性，利用原子力显微镜（AFM）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和动态力学热分析（DMTA）对炭纤维表面改性效果进行了研究。研究结果表明，炭纤维经适当的阳极氧化表面改性后，表面的粗糙度和比表面积增大，表面羟基含量提高31％，羰基含量提高61％。表面改性炭纤维增强树脂基复合材料（CFRP）较未改性炭纤维CFRP，玻璃化温度（Tg）升高，损耗角正切峰值（tanδmax）降低，定量计算出的界面黏结参数A和α与CFRP的层间剪切强度（ILSS）所反映的炭纤维与树脂间界面黏结效果一致。采用适当的改性条件可使CFRP的ILSS提高25％，纤维抗拉强度仅损失5％。

流化床CVD法制备单壁碳纳米管：反应温度与时间的影响

张群峰, 余皓, 罗国华, 骞伟中, 魏飞

2006, 21(04): 349-354.

摘要(2884)

PDF(1616)

摘要:
基于负载法Fe-MgO体系催化剂研究了化学气相沉积（CVD）法在流化床反应器中反应温度和时间对单壁碳纳米管（SWCNTs）生长的影响。通过气相色谱对尾气进行实时在线分析，获得了CH4在反应过程中的转化率随时间的变化规律。并对不同反应温度和反应时间所获产品进行了TEM、Raman和TGA等表征。结果表明，900℃是最佳的反应温度，反应温度过低会降低催化剂活性，反应温度过高则容易使催化剂过快失活。在合适的反应温度下，反应前10min催化剂的平均活性较高，能够得到较高质量的SWCNTs，10min后催化剂基本失活。

C/C复合材料磷酸盐防氧化涂层

侯亮亮, 罗瑞盈, 毕燕洪, 李军, 罗京华, 金志浩

2006, 21(04): 355-359.

摘要(2526)

PDF(1363)

摘要:
由涂刷法制备了四种不同配比的新型炭/炭（C/C）复合材料磷酸盐防氧化涂层，通过研究确定了优化涂层方案，涂覆有该涂层的C/C复合材料试样在700℃下空气中氧化100h后，失重率仅为0.952%，热震实验和浸海水恒温氧化实验证明该涂层仍具有良好的抗氧化性能。涂覆有该涂层的C/C复合材料在600℃~800℃时的Arrhenius曲线由两条折线组成，折点为700℃，在600℃~700℃下的氧化表观活化能为139kJ/mol；700℃~800℃下则为93kJ/mol。

水溶液中组装碳纳米管/硫化锌纳米晶复合膜

范冬梅, 冯守爱, 朱珍平

2006, 21(04): 360-364.

摘要(2251)

PDF(1417)

摘要:
半导体材料ZnS在光催化领域具有重要的应用前景，如何提高其光催化能力仍是目前关键问题之一。应用碳纳米管的独特结构和性能有望调变和改善ZnS的催化功能。采用一种简便的方法在水溶液中成功组装了硫化锌/碳纳米管纳米晶颗粒（ZnS/CNTs）复合膜。TEM显示纳米复合膜以CNTs组装成席状骨架，ZnS纳米晶填充在CNTs间的缝隙或者包裹在CNTs的表面，二者之间存在良好的接触和相互作用。生成的ZnS纳米颗粒尺寸均匀、大小约为5nm。用EDS、SAED和XRD分析了复合膜的元素组成以及ZnS的晶相结构。结果显示ZnS纳米晶为闪锌矿结构。

等离子体射流法制备高纯竹节状碳纳米管

周颖, 肖南, 孙玉峰, 孙天军, 赵宗彬, 邱介山

2006, 21(04): 365-368.

摘要(2769)

PDF(1372)

摘要:
以乙醇为碳源，二茂铁为催化剂，氮气为电弧工作气体，利用等离子体射流在常压下制备高纯度竹节状多壁碳纳米管。用TEM和HRTEM等技术对所得产品进行表征。发现在电弧电压140V~150V，电流220A~240A，将二茂铁和乙醇混合溶液（质量比为1∶100）以50mL/min速度连续加入反应器，反应120s后，即可批量制备纯度在90％以上的竹节状碳纳米管；这些竹节状碳纳米管的管径尺寸均匀，为20nm左右，长度为数微米，其管壁呈典型的鱼骨状。产品中含有部分分叉结构，呈Y形竹节状碳纳米管。认为竹节状碳纳米管的形成涉及以下几个步骤：乙醇在等离子体射流中裂解产生大量碳活性物种，同时溶解在乙醇中的二茂铁生成催化剂颗粒；碳活性物种在催化剂颗粒上溶解、扩散并从催化剂颗粒上析出堆积成为碳纳米管管壁碳层,由于催化剂颗粒运动与碳层生长速度的差异，最终形成竹节状结构的碳纳米管。

沥青活性炭的制备方法

王云龙, 张生万, 杜文, 王伟

2006, 21(04): 369-373.

摘要(1823)

PDF(1326)

摘要:
由中温沥青制备活性炭的工艺流程，预处理过程存在热处理时间长、沥青破碎困难的问题，通过将沥青附载于玉米秸秆上，采用空气氧化法进行热处理，可以较好地解决上述问题。实验考察了热聚合法和空气氧化法两种热处理工艺对活性炭吸附性能的影响，发现空气氧化法效果优于热聚合法，其适宜的热处理条件为：温度400℃，时间2h。对活化工艺的研究结果表明：活化时碱炭比为5∶1、炭料粒度100目、活化温度在800℃~900℃、活化时间在1h~1.5h，所制活性炭吸附性能高、且稳定。

有序介孔炭的模板合成进展

宋怀河, 李丽霞, 陈晓红

2006, 21(04): 374-383.

摘要(2678)

PDF(2518)

摘要:
以MCM-41为代表的介孔分子筛具有孔道排列规则、孔径分布窄、比表面积高等特点，在催化、吸附、分离等领域具有广泛应用前景，尤其是以其为模板开展的纳米组装科学已成为目前材料研究的热点之一。在简要介绍硅基介孔分子筛的分类和合成机理的基础上，对国内外多孔炭模板合成的研究现状进行了述评，重点阐述了有序介孔炭模板合成的特点、合成工艺、模板类型、碳前驱体的种类及其在双电层电容器、催化、储能等方面的初步应用结果，并展望了有序介孔炭模板合成的发展趋势，指出模板成本的降低、工艺条件的简化和可控化将成为未来一段时期人们研究的重点。

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