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2010年  第25卷  第04期

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聚乙烯醇修饰的碳纳米管在缓冲溶液中的溶解过程
张法明, 常 江, 伯克尔 伊博哈德
2010, 25(04): 241-243. doi: 10.1016/S1872-5805(09)60030-5
摘要(3241) PDF(1605)
摘要:
采用水溶性的聚乙烯醇修饰多壁碳纳米管表面，研究了聚乙烯醇修饰的碳纳米管在水浴摇床Tris-HCl缓冲溶液中的溶解过程。通过红外光谱，差示扫描量热仪，透射电镜及X光衍射的方法对聚乙烯醇修饰的碳纳米管在溶解过程中的显微结构变化进行了研究。结果表明：浸泡21d后，聚乙烯醇修饰的碳纳米管部分溶解于缓冲溶液，形成无定形碳碎片；但大部分碳纳米管没有溶解，仍然保持管状结构。揭示出聚乙烯醇修饰的碳纳米管的溶解过程为：碳—碳键在浸泡过程中发生断裂，碳纳米管的部分溶解产生了无定形碳碎片与残留纳米管层片，残留纳米管层片进一步溶解最终成为无定形碳。提出与讨论了聚乙烯醇修饰的碳纳米管在TrisHCl缓冲溶液中可能的溶解机理是：修饰后的碳纳米管表面具有很多缺陷和断裂的碳键，在缓冲溶液中聚乙烯醇的溶解导致嫁接位置的碳管壁的碳原子的释放，最终导致其管状结构的破坏。
活性炭表面改性对双电层电容器电化学性能的影响
谢应波, 乔文明, 张维燕, 孙刚伟, 凌立成
2010, 25(04): 248-254. doi: 10.1016/S1872-5805(09)60031-7
摘要(1964) PDF(2024)
摘要:
通过氢气还原改性和浓硝酸氧化处理对石油焦基活性炭（ACs）进行改性。采用氮气吸附和脱附等温线计算改性ACs的BET比表面积、 DFT孔径分布及孔容，以XPS方法表征改性ACs的表面含氧官能团种类及含量，改性ACs的电化学性能通过直流循环充放电、循环伏安等表征。结果表明：浓硝酸处理后，ACs比表面积和孔容均稍有减少，表面含氧官能团和比电容明显增加，内阻和自放电显著增大；氢气改性后，ACs比表面积和孔容亦稍有减少，孔径分布的变化使比电容明显增加，氧化官能团的减少降低了内阻并减少了自放电。即，氢气改性ACs的电化学性能明显提高，增加了比电容，降低了内阻和自放电。
ZrO2—膨化石墨/焦炭复合材料的结构和制备
Ivan M. Afanasov, Gustaaf Van Tendeloo, Andrei T. Matveev
2010, 25(04): 255-260. doi: 10.1016/S1872-5805(09)60032-9
摘要(2246) PDF(1467)
摘要:
运用两种不同技法制备了ZrO2纳米粒子改性的膨化石墨/焦炭复合材料，应用XRD、SEM和TEM对所得ZrO2改性炭材料进行了表征。技法1：在ZrO(NO3)2及NH4OH溶液中反复交替地浸渍低密度膨化石墨/焦炭块体，随后在1200℃氮氛中热处理,以使在炭块自由表面沉积ZrO2纳米粒子的薄层。技法2：将可膨胀石墨、酚醛树脂粉和ZrOC2O4—改性的纤维素纤维混合物封装于一容器中，使之经受900℃热激震，随后在氮氛中1200℃热处理，获得改性复合材料。结果表明：复合材料中ZrO2纳米粒子呈现三种尺寸：6nm～30nm为单独的纳米粒子和小微粒；200nm～1000nm为长树突状结构物；1μm～40μm为形如纤维素前驱体的杆状物。
单层石墨烯薄膜拉伸变形的分子动力学模拟
韩同伟, 贺鹏飞, 王 健, 吴艾辉
2010, 25(04): 261-266.
摘要(2548) PDF(1839)
摘要:
采用Tersoff势对锯齿型（Zigzag）和扶手椅型（Armchair）单层石墨烯薄膜的单向拉伸力学性能进行了分子动力学模拟，得到薄膜应力应变演化关系，初步研究了其拉伸破坏变形机制。模拟结果表明:驰豫后的二维石墨烯薄膜并非完美的平面结构，表面不完全平整，出现类似波纹状褶皱。模拟计算得到锯齿型和扶手椅型石墨烯薄膜的杨氏模量分别为1031.36GPa和1058.42GPa，与文献报道结果一致。石墨烯薄膜在拉伸载荷作用下，薄膜边缘六角元胞首先转变为五角元胞形成缺陷，随着应变增大缺陷增多，碳-碳键逐渐断裂，最终导致薄膜破坏。
约束型热等离子射流选择性制备单壁和套杯状多壁碳纳米管
王建成, 朱自平, 常丽萍, 鲍卫仁
2010, 25(04): 267-272.
摘要(2583) PDF(1270)
摘要:
以甲烷为碳源，Fe2O3为催化剂，常压下利用配有扰流器件（石墨碗）的约束型热等离子射流高温裂解甲烷，通过原位催化制得两类碳纳米管。运用SEM、TEM、TGA等对不同取样位置产物进行形貌和结构的表征。结果表明：在不同取样部位可获得不同形貌结构的碳纳米管。过滤管外壁处产物为单壁管，石墨碗内产物为套杯状多壁管。气体流动状态影响碳纳米管的形貌，经历层流的前驱物成为高度结晶单壁管，而经历湍流的前驱物则演变成套杯状多壁管。石墨碗腔内的局部高温可使多壁管不断增粗，有利于制备高纯度的碳纳米管。
有序介孔复合炭膜的制备及其性能研究
姜华玮, 王同华, 李 琳, 刘 颖, 宋学凯
2010, 25(04): 273-278.
摘要(2179) PDF(1464)
摘要:
采用软模板法合成有序介孔炭(OMC)，利用XRD、TEM及SEM等分析方法对其进行结构性能分析，探讨了催化剂和模板剂的种类及用量、反应温度等合成工艺条件对形成OMC结构性能的影响。以最佳工艺条件制备的OMC前驱体为涂膜液涂敷在管状微滤炭膜表面，经炭化制得有序介孔复合炭膜，而后考察了复合炭膜的气体渗透性能。结果表明：以盐酸为催化剂、模板剂F127/间苯二酚摩尔比为0.0081、反应温度为30℃时，可合成有序程度最佳的OMC前驱体。用该OMC前驱体涂敷微滤炭膜制备的有序介孔复合炭膜，改善了微滤炭膜的孔结构，最大孔径由0.530μm减小至0.299μm，同时提高了炭膜的气体渗透通量。其中，由混煤微滤炭膜所制有序介孔复合炭膜，N2气渗透通量达1.18 · 10-8m3 · m-2 · s-1 · Pa-1，是未经修饰烟煤微滤炭膜的4倍。
多涂层炭/炭复合材料抗1500℃燃气冲刷性能的研究
付前刚, 薛 晖, 李贺军, 李克智, 史小红, 赵 华
2010, 25(04): 285-290. doi: 10.1016/S1872-5805(09)60033-0
摘要(2330) PDF(1490)
摘要:
为提高炭/炭（C/C）复合材料的抗高温燃气冲刷性能，分别采用包埋法、化学气相沉积法和料浆法在其表面制备了三层涂层。借助扫描电镜、电子能谱等测试手段对涂层试样的微观结构进行了分析，同时研究了涂层C/C复合材料在高温风洞环境中的抗冲刷性能，并分析了涂层在燃气冲刷环境下的失效原因。结果表明：三层涂层由MoSi2-SiC-Si多相内涂层、SiC中间层和玻璃外涂层构成，其厚度分别为80μm, 20μm和80μm。该复合涂层可在1500℃风洞环境下对C/C复合材料有效保护53h。涂层在高温风洞中防氧化失效是由于涂层在热冲击以及承受气流冲击的恶劣环境下开裂引起的。
KOH活化法制备双电层电容器用高性能活性炭
王妹先, 王成扬, 陈明鸣, 王艳素, 时志强, 杜 嬛, 李同起, 胡子君
2010, 25(04): 285-290. doi: 10.1016/S1872-5805(09)60034-2
摘要(1917) PDF(1728)
摘要:
以一种各向同性沥青为原料，通过不同恒温时间制备了具有不同软化点的两种中间相沥青，而后直接用KOH活化获得活性炭。考察了中间相沥青软化点对所得活性炭结构的影响，研究了以所制活性炭为电极材料的双电层电容器的性能。结果表明：两种中间相沥青的软化点分别为280℃和330℃，所得活性炭的比表面积分别为1337m2  · g-1和1300m2  · g-1。以两种活性炭为电极材料的双电层电容器在放电电流密度为50mA/g时的比容量分别为190.8F · g-1和255.6F · g-1。循环伏安测试表明：较低软化点中间相沥青制备的活性炭电极材料具有较好的矩形形状。
碳纳米管的等离子体功能化及其聚苯胺复合材料的制备
张 捷, 杨俊和, 贾润萍, 王 霞, 黄 婕
2010, 25(04): 291-296.
摘要(2321) PDF(1425)
摘要:
采用等离子体技术对碳纳米管(CNTs)功能化，而后与苯胺原位聚合制备CNTs/聚苯胺（PANI）复合材料。电导测试结果表明：相对于CNTs的强酸氧化法(0.936S/cm)，等离子体处理更易获得高电导率的复合材料(2.86S/cm)。相应的最佳等离子体工艺参数为：处理功率50W、时间5min、压力0.08Torr、温度110℃、磁场线圈电流0.08A及电极距离5cm。SEM观察发现：聚合后，CNTs的光滑表面转变成粗糙结构，同时管径增加了80nm。XRD、FTIR及Raman结果均证实：PANI被均匀包覆于CNTs的表面。
热解炭过渡层-中间相沥青基炭/炭复合材料的微观结构
刘 皓, 李克智, 李贺军, 卢锦花, 翟言强
2010, 25(04): 297-302.
摘要(2300) PDF(1568)
摘要:
借助偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜对具有热解炭过渡层的中间相沥青基炭/炭复合材料的微观结构进行了研究。结果表明：材料的基体由热解炭和中间相沥青炭组成，在偏光显微镜下均呈现出光学各向异性。材料内部形成了多层次的界面结构，热解炭与纤维的界面连续，界面层内的石墨微晶择优取向度较高，晶格条纹排列规整；中间相沥青炭与热解炭界面不连续，为“裂纹型”界面，界面层内主要为非晶态碳。材料中炭纤维、热解炭、中间相沥青炭的石墨微晶大小逐渐增大，择优取向度逐渐增高，晶格条纹的排列逐渐规整。片层条带状结构的中间相沥青炭以及材料内的微裂纹平行于炭纤维轴向。
中间相沥青的预氧化对石墨化泡沫炭微裂纹的影响
李 娟, 王 灿, 张翠翠, 詹 亮, 乔文明, 梁晓怿, 凌立成
2010, 25(04): 303-307.
摘要(2049) PDF(1306)
摘要:
通过对萘系中间相沥青进行预氧化处理，研究族组成变化对石墨化泡沫炭微结构的影响机制。结果表明：中间相沥青经过预氧化处理后，喹啉不溶物含量提高、族组成分布变窄，导致石墨化过程中泡沫炭泡孔的孔壁、韧带处热应力的梯度差异变小，进而使得微裂纹的数量、长度及间隙减小。
空气中多壁碳纳米管的稳定性
朱双美, 李俊青, 庞金辉, 张华顺, 梁二军
2010, 25(04): 308-312.
摘要(2435) PDF(1310)
摘要:
采用化学气相沉积法（CVD），以二甲苯为碳源，二茂铁为催化剂制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)。考察了纯化后的多壁碳纳米管在空气中的结构稳定性，利用电子显微技术及体积电阻率法研究了多壁碳纳米管在空气中的特性变化。结果表明：多壁碳纳米管在空气中存放时会被缓慢氧化而变短，氧化程度随空气中放置时间的延长而增加，15d后几乎完全转化为无定形碳。体积电阻率随氧化程度不同而不同。多壁碳纳米管在空气中不稳定，容易氧化，需要密闭保存。
填料种类对炭/石墨材料性能和微观结构的影响
刘占军, 郭全贵, 刘 朗, 史景利, 翟更太
2010, 25(04): 313-316. doi: 10.1016/S1872-5805(09)60035-4
摘要(2014) PDF(1517)
摘要:
分别利用炭黑、石油焦、针状焦和天然石墨粉为填料，煤沥青为黏结剂，经模压成型（150MPa,10min)、炭化（1300℃，1h）和石墨化（2300℃）制备炭/石墨材料。考察了填料类型对最终炭/石墨材料物理性能和微观结构的影响。研究结果表明：利用炭黑为填料所制材料具有较高的机械强度，但其导热和导电性能相对较差；经石墨化后（2300℃），其抗弯和抗压强度分别达到88.0和173.2MPa。而以天然石墨粉为填料所制材料具有较好的导热和导电性能，在室温下其导热率达到278W/m · K；另外，其抗弯和抗压强度分别达到51.1和90.2MPa。微观结构分析表明，以天然石墨粉为填料所制得的材料具有最大的微晶尺寸和高度的取向性。
氢等离子体处理对类金刚石膜场发射性能的影响
赵立新, 彭鸿雁, 陈玉强, 罗玉杰, 陈宝玲, 徐 闰, 黄 健, 王林军, 夏义本, 金曾孙
2010, 25(04): 317-320.
摘要(2161) PDF(1246)
摘要:
采用大功率、高重复频率、准分子激光溅射热解石墨靶制备了类金刚石膜，研究了直流辉光氢等离子体处理对类金刚石膜的场发射性能的影响。结果表明：氢等离子体处理后，类金刚石膜的场发射性能明显提高，其发射阈值电场由26 V/μm下降到19 V/μm。氢等离子体刻蚀除去了类金刚石膜生长表面的富含石墨的薄层，露出的新表面具有较低的功函数；膜表面的悬键被氢原子饱和，进一步降低了电子亲和势，改善了膜的场发射性能。

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