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2009年  第23卷  第01期

碳基一维纳米异质结制备的研究进展
潘春旭 祁 祥
2009, 23(01): 1-7.
摘要(1822) PDF(1390)
摘要:
碳基一维纳米异质结由于其独特的结构与性能,以及在纳米器件方面的应用前景,得到了广泛的关注和大量的研究。通过详细述评碳基一维纳米异质结的各种制备方法,主要分为气相法、液相法、模板法,以及其他方法,如电场诱导、放电等离子体烧结、电子束照射、微机械操作和化学键连接等。展望了碳基一维纳米异质结的发展趋势,并认为其大批量可控制备、界面结构、物性,以及纳米器件的组装将是未来一段时间内的研究热点。
单壁碳纳米管-聚合物复合导电薄膜的制备
王国建 赵兰洁 苏楠楠
2009, 23(01): 8-12.
摘要(2665) PDF(1350)
摘要:
基于聚合物乳液法,将单壁碳纳米管(SWCNTs)在阿拉伯树胶溶液中经过超声波振荡剥离后,与聚合物乳液直接混合,然后在室温下成膜,制备出了电渗流阈值为0.03%的SWCNTs苯丙乳液复合导电薄膜,研究了SWCNTs在聚合物中形成导电网络的过程。TEM观察表明:在超声波和阿拉伯树胶溶液的共同作用下,单壁碳纳米管首先由束状被剥离成单根;进一步作用后其表面被缠绕包覆了一层阿拉伯树胶分子;添加其到聚合物乳液中,当添加量达到渗流阈值时,在聚合物乳液的成膜过程中SWCNTs会互相连接形成导电网络。
催化化学气相沉积过程中硫元素引发的炭形貌衍变
马海龙, 王英勇 靳国强 郭向云
2009, 23(01): 13-17. doi: 10.1016/S1872-5805(08)60031-1
摘要(2275) PDF(1387)
摘要:
以甲苯为碳源,二茂铁为催化剂,噻吩为生长促进剂,通过化学气相沉积方法得到了多分叉结构的炭。借助SEM、XRD和EDX考察了硫元素对产物的形貌和微观结构的影响。结果表明,当甲苯中的噻吩体积分数在0.01%~1%变化时,产物形貌由树状逐渐衍变为分支状。树状炭由较长而笔直的多分叉炭纤维构成,而分支状炭则由较短且弯曲的炭纤维构成。XRD结果表明硫元素对产物的微观结构没有明显的影响。
熔盐法合成金属氯化物-石墨插层化合物的判据
任 慧, 康飞宇 焦清介 沈万慈
2009, 23(01): 18-22. doi: 10.1016/S1872-5805(08)60032-3
摘要(2755) PDF(1449)
摘要:
研究了熔融盐状态下金属氯化物石墨层间化合物的合成判据。根据插层反应热动力学及化学键理论,选取元素的电负性和离子势作为键参数,并设计键参数函数λ为客体材料的遴选判据。基于键参数函数图对金属氯化物发生插层反应的难易程度和产物稳定性进行理论预估。研究结果表明:键参数函数图中λ≤1.2区域内的金属氯化物在700℃以下即可发生插层反应,且所得产物较为稳定;在1.2≤λ≤1.8区域内相应的客体材料在低温下很难单独插入石墨层间,常与低熔点氯化物形成共熔体后一起插入石墨层间;在λ≥1.8区域内大多为碱金属氯化物和碱土金属氯化物,理论分析认为这类物质的插层反应不适宜采用熔盐法。
蜜胺-酚醛树脂-甲醛基有机气凝胶纳米孔在裂解过程中的稳定性研究
张 睿 李 雯 胡子君 张 琢 高 楠 钱惠春 凌立成
2009, 23(01): 23-27.
摘要(3136) PDF(1230)
摘要:
热固型酚醛树脂、蜜胺、间甲酚和甲醛水溶液在碳酸钠催化下,经溶液溶胶凝胶过程合成了有机水凝胶,有机水凝胶经溶剂置换和超临界干燥形成了有机气凝胶。研究了裂解条件、固形物浓度、蜜胺/酚醛树脂比和间甲酚/酚醛树脂比对有机气凝胶纳米孔在裂解过程中稳定性的影响。结果表明:在相同的反应物配比下,随裂解温度的升高和时间的延长,气凝胶纳米骨架烧结程度增加,炭气凝胶的中孔分布向小孔方向移动。在酚醛树脂浓度为7.5g/100mL时,有机气凝胶的纳米骨架稳定性好,耐烧结性能好。在蜜胺/酚醛树脂比大或间甲酚/酚醛树脂比小时,有机气凝胶的纳米骨架的稳定性和耐烧结性好。这是由于构成有机气凝胶中孔的纳米骨架稳定性与其连续性及分子间作用力有关。
微波辅助化学气相渗透法快速制备C/C复合材料
曾燮榕, 邹继兆, 钱海霞, 熊信柏, 黎晓华, 谢盛辉
2009, 23(01): 28-32. doi: 10.1016/S1872-5805(08)60033-5
摘要(2191) PDF(1375)
摘要:
以炭毡为预制体,甲烷为炭源前驱体,沉积温度为1000℃~1150℃的工艺条件下, 从温度梯度,密度梯度和沉积动力学方面,研究了制备炭/炭复合材料的微波热解CVI工艺特点,分析了微波热解CVI工艺的沉积机理。结果表明:采用微波热解CVI工艺可制备出体积密度为1.84g · cm-3的炭/炭复合材料,平均致密化速率达0.063g · cm-3 · h-1。温度梯度的存在,使预制体实现了从内至外逐步沉积;微波的引入,增加了纤维表面的有效活性点,提高了表面反应速率;微波对化学反应具有一定的催化作用。
己烷低耗喷雾热解法大规模制备多壁碳纳米管
Z.Sadeghian
2009, 23(01): 33-38.
摘要(3009) PDF(1427)
摘要:
以己烷为碳源,二茂铁为催化剂前躯体,应用喷雾热解法,制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)。采用酸沥滤和空气氧化对MWCNTs进行纯化。利用SEM、TEM、XRD、EDS、TGA及Raman光谱分析等方法分别对原生和纯化MWCNTs进行表征。为制得优质、高产MWCNTs,对制备工艺参数作了优选,分别研讨了最佳制备参数,包括:二茂铁升华温度、己烷中二茂铁浓度、热解温度和时间,己烷与H2的流量比。MWCNTs具有典型的腊肠状(Sawsage-like)构型,长度大于数十微米,内、外管径分别为15nm~45nm及25nm~70nm, MWCNTs的纯度和产率的质量分数分别高于95%和70%。
机磨热加工法合成碳纳米管
S. A. Manafi, M. H. Amin, M. R. Rahimipour, E. Salahi A. Kazemzadeh
2009, 23(01): 39-44. doi: 10.1016/S1872-5805(08)60035-9
摘要(2138) PDF(1402)
摘要:
机磨热加工法是批量制取碳纳米管(CNTs)的方法之一。在氩气氛中研磨鳞片石墨为无定形的纳米炭粉,而后在1350℃~1380℃下退火获得碳纳米管(CNTs)。用XRD, SEM, FETEM, HRTEM和拉曼光谱对纳米炭粉及CNTs进行表征。发现:CNTs具有不同的形貌,长度约几毫米,直径为30nm~70nm。 螺旋状多壁碳纳米管有高的长径比(~1000)和高的结晶度(ID/IG:~0.03)。
不同氧化物对C/C复合材料SiC涂层性能的影响
史小红 李贺军 付前刚 卢锦花 李克智
2009, 23(01): 45-49.
摘要(2469) PDF(1350)
摘要:
分别以MgO、Al2O3和B2O3为添加剂,利用包埋法在炭/炭(C/C)复合材料表面制取了单层SiC涂层,并在这三种SiC涂层表面采用相同包埋工艺得到SiC外涂层。研究了这三种氧化物对SiC涂层组织结构及抗氧化性能的影响。通过SEM、EDS和XRD分析表明,以MgO为添加剂得到的单层SiC涂层疏松且含有大量孔洞;以Al2O3为添加剂得到的涂层较为致密,但存在部分孔洞;以B2O3为添加剂时涂层均匀、致密。在1500℃空气介质中的氧化实验表明,以B2O3为添加剂的双层SiC涂层(~200 μm) 可有效保护C/C复合材料200h不被氧化。
煤系中间相成形过程中的共熔效应
程相林 查庆芳 李学军 杨小军
2009, 23(01): 50-54.
摘要(2284) PDF(1529)
摘要:
 煤焦油沥青甲苯可溶物(TS)和废聚苯乙烯(WPS)共炭化生成的中间相沥青,性能得到很大改善。可溶性中间相的质量分数从10%提高到52%,光学结构从中间相体积分数65%的粗镶嵌结构改善为100%的广域融并体;表观黏度分析显示添加WPS后,中间相沥青从触变性变为非触变性。红外和核磁共振分析表明共炭化过程中发生烷基化反应,出现较多的α亚甲基结构。X射线衍射结果显示在添加WPS后使芳香平面分子取向排列变好。结果表明:共炭化过程中,烷基结构的增多是共熔效应发生的主要原因。
聚苯乙烯基球形活性炭的制备及其对二苯并噻吩的吸附性能
王 琴 梁晓怿 张 睿 刘朝军 刘小军 乔文明 詹 亮 凌立成
2009, 23(01): 55-60. doi: 10.1016/S1872-5805(08)60036-0
摘要(2008) PDF(1677)
摘要:
通过水蒸气活化法制备了聚苯乙烯基球形活性炭,并研究了其对二苯并噻吩(DBT)的吸附性能。采用扫描电镜(SEM)、N2吸附、热重分析(TG)以及液相吸附试验考察了球形活性炭的结构特征。结果表明:以苯乙烯离子交换树脂为原料,通过水蒸气活化法,可以得到比表面积979m2/g~1672m2/g的球形活性炭。其中,BET比表面积和孔容随活化时间和水蒸气流量的增加而增大,而孔径小于0.7nm的窄微孔却减小。球形活性炭对DBT的吸附量可达109.36mg/g,吸附量与比表面积和总孔容关系不大,而与小于0.7nm的窄微孔成正比。球形活性炭在对DBT的吸附过程中存在不可逆吸附。球形活性炭所含窄微孔的孔容越大,脱附所需要的温度越高,不可逆吸附量越大。
中间相沥青基泡沫炭的气泡生长过程
王妹先 王成扬 陈明鸣 李同起 胡子君
2009, 23(01): 61-66. doi: 10.1016/S1872-5805(08)60037-2
摘要(2322) PDF(1305)
摘要:
以AR合成中间相沥青为原料,在不同的温度下发泡制得了泡沫炭。采用扫描电镜和光学显微镜等分析手段对中间相沥青基泡沫炭的气泡生长机理进行了初步研究,讨论了温度对泡孔结构的影响。结果表明,当温度从480℃升至540℃时,平均泡孔直径从500μm升到800μm。最初形成的泡沫在熔融沥青中分布不均匀,汇集在沥青的上表面;气泡在Z轴方向的形状是椭球形,在Z轴垂直方向为球形。中间相沥青基泡沫炭气孔的形状和泡沫的体积密度密切相关。形成的泡沫体在Z轴方向存在明显的体积密度梯度。
炭气凝胶微球的凝胶化机理
刘 宁 李明远 符若文
2009, 23(01): 67-72.
摘要(2471) PDF(1313)
摘要:
以间苯二酚和甲醛为原料,溴化十六烷三甲基铵为催化剂,通过反相悬浮聚合法成功制备了炭气凝胶微球。研究了反应体系的黏度、酸度、温度以及反应中间产物紫外光谱的变化情况,探讨该凝胶反应的作用机理。结果表明:凝胶反应是一个酚醛缩合过程,其反应历程可以分为线性缩聚、交联、胶粒生长和宏观凝胶化四个阶段。
单壁纳米管与对三联苯的交互作用及其束散现象
Theresa G. Hedderman, Anika S. Mostaert, Anne E. Shanahan, Hugh J. Byrne
2009, 23(01): 73-82. doi: 10.1016/S1872-5805(08)60038-4
摘要(1841) PDF(1250)
摘要:
研究了单壁纳米管(SWCNT)与对三联苯(p-Terphenyl)分子的交互作用和束散现象。SWCNTs分别由电弧放电法和一氧化碳高压分解法(Hipco法)制备。比较了不同制备工艺及纯化处理后SWCNTs与p-Terphenyl交互作用及其束散程度。采用分光和显微镜等技术,探讨了SWCNTs及其与p-Terphenyl交互作用。应用X光能量消散(EDAX)技术,给出了纯化处理前后SWCNTs试样的元素分析。利用萤光分析和原子显微镜技术评估了SWCNTs交互作用及束散程度。研究显示:SWCNTs束散程度及其和pTerphenyl交互作用的强弱与SWCNTs纯化程度有关.
沥青基炭纤维的制备及其表征
Arshad Hussain Wazir, Lutfullah Kakakhel
2009, 23(01): 83-88. doi: 10.1016/S1872-5805(08)60039-6
摘要(2097) PDF(1592)
摘要:
石油沥青在氮气氛中420℃热缩聚7h,制得软化点为295℃的炭纤维前驱体沥青。此前驱体沥青在单孔纺丝器中熔纺获得沥青纤维。将沥青纤维于空气中320℃稳定化处理,最后在氮气流中1000℃炭化制成炭纤维。应用SEM、TGA、FTIR和XRD对石油沥青、前驱体沥青、沥青纤维、预氧化纤维和炭纤维分别进行表征。发现:前驱体沥青中含有质量分数70.5%中间相组分,炭纤维具有径核结构,其最大抗拉强度为650MPa.
短切炭纤维的表面处理对沥青基C/C复合材料性能的影响
郭领军 李贺军 李克智
2009, 23(01): 89-92.
摘要(3952) PDF(1538)
摘要:
采用模压半炭化成型工艺,在大气环境下制备了短切炭纤维增强的沥青基C/C炭复合材料。借助材料万能试验机和扫描电镜研究了短切炭纤维的表面处理对C/C复合材料体积密度和抗压强度的影响。结果表明:随着短切炭纤维表面处理强度的增大,C/C复合材料的抗压强度明显提高。用联合处理方法改性的短切炭纤维制备的C/C复合材料的抗压强度,比未处理的短切炭纤维增强的C/C复合材料的抗压强度,约提高了138.5%。
硝酸镍在模板法制备中孔炭中的作用
唐志红, 宋 燕 刘 朗 郭全贵 张园力
2009, 23(01): 93-96.
摘要(2436) PDF(1221)
摘要:
以热固性酚醛树脂(Thermosetting phenol resin, TPR)为炭前驱体,纳米SiO2为模板、硝酸镍为添加剂制备中孔炭(Mesoporous carbons, MCs)。借助比表面积测定仪和X射线衍射分析仪,研究了添加剂加入前后中孔炭孔结构和微晶结构的变化。结果表明:加入适当含量的硝酸镍可提高中孔炭的比表面积,同时增加炭的石墨化度;通过调节硝酸镍的含量,可以制备具有孔径分布集中在4nm和10nm左右的双峰分布的中孔炭。