新型炭材料

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稻垣道夫

2009, 24(3): 193-222. doi: 10.1016/S1872-5805(08)60048-7

摘要(2402)

PDF(2644)

摘要:
简要说明炭材料中的孔隙分类和特征后，就其孔隙调控方法及调控的重要性作了述评。首先评述了新近所知的常规活化工艺，而后展示了非活化处理的孔结构调控技术，诸如：模板法，PTFE脱氟，炭气凝胶，聚合物共混法，特定前躯体及制备条件选择等。提出了五类应用实例：CO₂捕集、水蒸气吸／脱附、汽油蒸气吸附、超级电容器炭电极、重油吸附和回收等，进一步强调了炭材料孔隙结构调控的重要性。

两段成长法改善微波电浆辅助化学气相沉积多晶金刚石之品质

李世鸿, 叶忠信, 张永平, 汪岛军, 黄柏仁

2009, 24(3): 223-229. doi: 10.1016/S1872-5805(08)60049-9

摘要(2664)

PDF(1228)

摘要:
以化学气相沉积法成长多晶金刚石薄膜时，薄膜的品质会受到成长时间、成长压力、反应气体比例、偏压与否及成核的机制等因素影响。研究采用微波电浆辅助化学气相沉积(MPECVD)法，以甲烷(CH₄)和氢气(H₂)作为反应气体原料，在p型(111)硅基板沉积多晶金刚石薄膜。典型沉积多晶金刚石薄膜的制程可分为四个阶段：抛蚀表面阶段、渗碳阶段、偏压增强成核(BEN)阶段及成长阶段。研究将成长阶段划分为两个阶段，第一阶段压力较低(成长I阶段)，第二阶段压力较高(成长II阶段)。结果表明：第一阶段可大大改善金刚石薄膜的品质，所获多晶金刚石薄膜的晶粒具有明确的颗粒边界、较低的碳化物或缺陷，电导率急剧降低，显现出本徵金刚石半绝缘的性质。可以认为金刚石薄膜品质的改善完全为低压成长所致。实验发现在成长I阶段或成长II阶段施加偏压时，只会降低多晶金刚石薄膜的品质。

高模量PAN基炭纤维结构的表征与性能分析

华中, 杨玉蓉, 仲亚娟, 李东风, 刘新

2009, 24(3): 230-236.

摘要(1847)

PDF(1359)

摘要:
利用扫描电镜（SEM）、广角X射线衍射（WARD）、小角X射线散射（SAXS）、拉曼(Raman)光谱、X射线光电子能谱(XPS)等测试技术对热处理温度2400℃～3000℃的PAN基炭纤维的微观结构、表面形貌及化学组成进行了表征，分析了材料的微观组织结构与宏观性能的关系。结果表明：随热处理温度的升高，炭纤维的强度下降，模量升高，表面化学活性降低。表现在乱层石墨间距d002逐渐减小，平均微晶尺寸La、Lc逐渐增大，石墨化程度不断提高，微孔缺陷尺寸增大，大孔洞所占总微孔缺陷比例增加，PAN基炭纤维表面的O/C值降低。

亲水基团对有机和炭气凝胶孔结构的影响

张睿, 李雯, 胡子君, 张琢, 陈锟, 许春华, 钱惠春

2009, 24(3): 237-242.

摘要(2639)

PDF(1261)

摘要:
热固型酚醛树脂、三聚氰胺、间甲酚和甲醛水溶液在碳酸钠催化下，通过溶液溶胶凝胶过程合成有机水凝胶，有机水凝胶经溶剂置换、超临界干燥和裂解形成了有机气凝胶和炭气凝胶。在固定酚醛树脂浓度、间甲酚/酚醛树脂、甲醛/三聚氰胺、碳酸钠/酚醛树脂比值，改变三聚氰胺/酚醛树脂比值的条件下，研究了亲水基团对有机气凝胶和炭气凝胶孔结构的影响。结果表明：亲水性的三聚氰胺可增加分子间作用力，有利于凝胶的稳定；但增加三聚氰胺会加大有机气凝胶裂解过程中的质量损失，不利于凝胶的稳定。二种因素协同作用决定着炭气凝胶的孔结构、孔容和比表面。

氯气刻蚀中孔碳化钛制备分等级孔结构炭材料

成果, 龙东辉, 刘小军, 凌立成

2009, 24(3): 243-250. doi: 10.1016/S1872-5805(08)60050-5

摘要(2076)

PDF(1319)

摘要:
以钛酸正丁酯为钛源、蔗糖为炭源，采用溶胶凝胶法制得有机无机复合干凝胶，后经高温炭热反应、氯气化学刻蚀分别得到中孔碳化钛及碳化物基炭材料（CDCs）。通过XRD、Raman、SEM、TEM 和氮气吸附等表征，考察了钛酸正丁酯/蔗糖摩尔比例（R）对所制碳化钛和CDCs的孔结构和物理特性的影响。结果表明：在碳热过程所形成的中孔和大孔孔隙能够在氯气刻蚀过程中保持并传递给最终的炭材料。所制CDCs具有三种不同层次的孔隙结构，分别为氯气刻蚀碳化钛晶体所产生的微孔、源自蔗糖残留炭中所含的3nm~4nm中孔以及炭颗粒间相互叠加和连接所形成的大孔。通过改变R比值，所制CDCs的BET比表面积和孔容分别在1479m²/g~1640m²/g 和 1.06cm³/g~2.03cm³/g之间可调。

三维炭纤维预型体上烷烃气的催化炭沉积

Matthew J Thornton, Gavin S Walker

2009, 24(3): 251-259. doi: 10.1016/S1872-5805(08)60051-7

摘要(2097)

PDF(1503)

摘要:
研究了承载镍催化剂的三维（3D）炭纤维预型体，在含氢或无氢条件下，乙烷和合成天然气在其上面化学气相沉积形成的炭沉积率和碳纳米构结物。观察了炭沉积所获石墨纳米纤维、碳纳米管和石墨碳壳，得知沉积碳的纳米结构取决于沉积温度和碳源气组成。在650℃～800℃温间，总沉积时程直至12h，研究了烃类碳源气在氢气平衡下，从体积分数100％到20％变化情况。经Ni(NO₃)₂-6H₂O甲醇溶液浸渍的3D炭纤维预型体在炭沉积前因溶液分解可还原出Ni。采用质量变化测定法、热谱－质谱分析仪、SEM、TEM和XRD对样品进行表征。结果表明：纤维状炭与囊包炭的比率随氢气含量的增加而增加，随反应温度的增高而减少。出乎意料的是，氢气的添加并不延长催化剂的寿命。该工艺过程对炭/炭复合材料的制备展示出良好的潜力。

活性炭纤维(ACF)吸附二硫化碳（CS₂）的研究

谢遵园, 李军平, 赵宁, 王峰, 彭伟才, 毛博阳, 肖福魁, 魏伟, 孙予罕

2009, 24(3): 260-264.

摘要(2114)

PDF(1404)

摘要:
研究了商用活性炭纤维（Activated carbonf fiber-ACF）对二硫化碳（Carbon disulfide-CS₂）的吸附性能，并与活性炭（Activated carbon-AC）、沸石吸附CS2的性能做了对比。重点考察了CS₂浓度、吸附气流量、湿度和ACF含水量对CS₂在ACF上吸附性能的影响。结果表明：相对于AC、沸石，ACF对CS₂的吸附快、吸附率高，达46.5%；CS₂浓度、吸附气流量增加，穿透点前移；湿度和含水量上升会明显降低ACF对CS₂的吸附性能，当湿度升至65%时，吸附时间缩短28.6%；当含水量为质量分数45%时，穿透时间提前42.9%；当含水量增至质量分数60%时，CS₂迅速穿透，ACF几乎不能再吸附CS₂。

碱金属盐对黏胶基活性炭纤维表面大孔形成的影响

张志海, 吴琪琳, 蔡则田, 严成, 宋华溢, 潘鼎

2009, 24(3): 265-269.

摘要(1938)

PDF(1287)

摘要:
以黏胶纤维为原料，用碱金属盐和路易斯酸对其进行预处理，经化学活化与水蒸气活化，制得了大孔型活性炭纤维(ACF)。采用扫描电镜（SEM）和BET等温吸附法分别对ACF表面微观结构和材料的吸附性能进行了对比表征,着重研究了碱金属盐浓度与浸渍时间的关联。结果表明：通过控制添加碱金属盐的浓度和浸渍时间，可以控制活性炭纤维表面的孔径大小及其分布，制备出表面既富含大孔（孔径>50nm）也有丰富微孔(孔径<2nm)的新型复合孔型ACF，该材料具有较高的比表面积

二维小角X射线散射法研究PAN基炭纤维内部微孔结构

盛毅, 张彩红, 徐耀, 吕春祥, 吴刚平, 吴忠华, 李志宏

2009, 24(3): 270-276.

摘要(2156)

PDF(2103)

摘要:
利用二维小角X射线散射（2D-SAXS）方法，对PAN基炭纤维全部方位角进行微孔结构的研究。样品选取自制炭纤维MHS及日本东丽公司T300，T800产品。结果表明：MHS炭纤维微孔尺寸介于T300与T800之间，长径比t值小于T300和T800。T300中较小微孔(＜9.1nm)和较大微孔(＞15.4nm)的含量大于MHS，T800含有大量的微孔短轴小于2nm的小尺寸微孔。MHS炭纤维的界面复杂程度较T300大，而小于T800。炭纤维内部存在由微孔散射导致的密度波动，其波动振幅F值和波动密度n值按MHS、T300和T800依次递减；电子密度波动越小，表明微孔结构越规整，T800的孔结构最规整。炭纤维内各个取向上均有一定结构的微孔分布，但总体上呈现沿纤维轴方向的定向排列。

核壳结构硅/多孔炭粉体的制备

时利民, 赵宏生, 闫迎辉, 唐春和

2009, 24(3): 277-281.

摘要(1965)

PDF(1473)

摘要:
以硅粉和酚醛树脂（PR）为原料，采用包混工艺制备硅/多孔炭核壳结构粉体。研究了酚醛树脂和硅粉含量以及老化温度对硅/酚醛树脂前驱体粉体形成能力的影响，并采用X射线衍射、扫描电镜和能谱等手段对粉体进行表征。研究表明，当PR与乙醇的体积比小于1，Si粉与乙醇的质量比小于2，老化温度在30℃~60℃时可以制备出性能良好的前驱体粉体；硅/多孔炭核壳粉体的炭含量随着前驱体粉体酚醛树脂含量的增加而增加；硅/多孔炭核壳粉体的炭壳由酚醛树脂高温裂解形成的树脂炭构成，炭壳的孔则由树脂裂解过程中释放出的大量气体形成。

碳科学的研究现状和发展趋势——Carbon 2009国际炭会议

刘旭光

2009, 24(3): 282-288.

摘要(1872)

PDF(1969)

摘要:

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