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2013年  第28卷  第3期

石墨烯基宏观体:制备、性质及潜在应用
张丽芳1| 魏 伟1| 吕 伟2| 邵姣婧1| 杜鸿达2| 杨全红1, 2
2013, 28(3): 161-171.
摘要(1562) PDF(3077)
摘要:
石墨烯基宏观体材料是由石墨烯片层组装构建而成的宏观形态的新型碳质材料,不仅保持了石墨烯片层良好的物理化学性质,同时具有可调控的微纳织构和宏观形态。笔者综述了石墨烯基宏观体的不同宏观形态和构建方法,并着重对自组装方法进行了详细介绍;讨论了石墨烯基宏观体的物化性质,并着重对其在能源储存和转化、催化、生物医学等方面的潜在应用进行了展望;最后对石墨烯基宏观体研究中的挑战以及实际应用前景进行了评述,指出不同维度组装、构建宏观体结构和相关材料是石墨烯走向实际应用的有效手段。
氧化铜/石墨烯的制备及其电化学性能
丁 翔| 黄正宏| 沈万慈| 康飞宇
2013, 28(3): 172-177.
摘要(1317) PDF(2504)
摘要:
以膨胀石墨微粉为原料,采用氧化法制备了氧化石墨烯。并以此氧化石墨烯为前驱体,制备了具有“三明治”结构的氧化铜/石墨烯复合材料,采用原子力显微镜、X射线衍射仪、扫描和透射电子显微镜等分析方法对氧化石墨烯及氧化铜/石墨烯复合材料进行了表征。结果表明,氧化铜可有效地阻止石墨烯的团聚,同时石墨烯构成的三维导电网络加快了电子的迁移,并为氧化铜的体积膨胀收缩预留了足够的空间。与纯氧化铜和石墨烯相比,氧化铜/石墨烯复合材料作为锂离子负极材料的可逆容量和循环稳定性均有明显提升,首次可逆容量可以达到748.3 mAh · g-1,50次循环后保持率为81.3%。
玉米淀粉基三维网状结构炭质整体材料的制备
于 畅| 段江波| 樊丽曼| 陈 梦| 邱介山
2013, 28(3): 178-183.
摘要(1261) PDF(1187)
摘要:
以玉米淀粉为碳源,利用其凝胶化性质,综合采用常压冰冻、真空冷冻干燥和高温炭化技术成功制备出三维网状结构炭质整体材料。研究玉米淀粉凝胶化工艺,如玉米淀粉浓度和电解质乙酸镍浓度对淀粉海绵前驱体和三维网状炭质整体材料形貌和结构的影响。结果发现:经过凝胶化处理,玉米淀粉的结晶度降低,结晶区的特征衍射峰完全消失;淀粉海绵前驱体和三维网状结构炭质整体材料的形貌和结构与淀粉浓度和电解质乙酸镍浓度密切相关,三维网状结构淀粉海绵前驱体形成的适宜淀粉质量浓度为10%,掺乙酸镍淀粉海绵前驱体三维网状结构形成的适宜乙酸镍浓度为0.1mol/L;乙酸镍具有调变三维网状结构炭质整体材料宏观体积和孔结构的功能,可使三维网状结构炭质整体材料的宏观体积收缩近80%,贯通的大孔结构转变成封闭孔结构。
碳纳米管/四氧化三铁复合材料的电磁波吸收性能
侯翠岭| 李铁虎| 赵廷凯| 刘和光| 刘乐浩| 张文娟
2013, 28(3): 184-190. doi: 10.1016/S1872-5805(13)60075-X
摘要(1545) PDF(1442)
摘要:
采用水热法制备碳纳米管(MWCNT)/四氧化三铁(Fe3O4)复合材料,运用透射电子显微镜、X射线衍射仪、振动样品磁强计及网络矢量分析仪等,对复合材料的微观结构、磁性能及电磁波吸收性能(8.2~12.4 GHz,X波段)进行研究和分析。结果表明,磁性Fe3O4纳米颗粒能够较好地包覆在MWCNTs表面上,并且随着反应混合液中Fe2+和Fe3+浓度的增加,MWCNT/Fe3O4复合材料中的Fe3O4含量增加,MWCNT/Fe3O4复合材料的磁性能增强;当反应混合液中的Fe2+和Fe3+的浓度分别为0.02和0.04 mol/L时, MWCNT/Fe3O4复合材料的电磁波吸收性能最佳,具体表现为吸收峰峰值最低,吸收频宽最宽。
稀土氧化物催化碳纳米管的形成
宋金玲1, 2,  赵江红2| 郑剑锋2| 朱珍平2
2013, 28(3): 191-198. doi: 10.1016/S1872-5805(13)60076-1
摘要(1260) PDF(997)
摘要:
利用爆炸辅助的化学气相沉积方法,以一系列稀土元素作为催化剂合成了多壁碳纳米管(MWCNTs)。通过能量色散X射线谱、选区X-射线电子衍射谱和粉末X-射线衍射数据表明,催化剂是以氧化物形式存在MWCNTs外,这不同于传统的以金属或碳化物存在。结合中间体结构,结果显示,MWCNTs的形成遵循颗粒-线-管逐级进化的机制,稀土氧化物可能在促进碳纳米颗粒的各向异性的自组装过程中起主要作用,空腔是通过颗粒之间结构的重组和晶化进化形成。
基于羧基化多壁碳纳米管的双苯基吡唑修饰及合成产物的细胞毒性研究
Hasan Tahermansouri1| Esmail Biazar2
2013, 28(3): 199-207. doi: 10.1016/S1872-5805(13)60077-3
摘要(1400) PDF(998)
摘要:
采用化学修饰方法,在羧基化多壁碳纳米管的基础上,合成制备了酮化和吡唑化多壁碳纳米管材料。通过红外光谱、拉曼光谱、扫描电镜、元素分析、热失重分析对产物进行了理化性质表征,并在人脐带血衍生的非限制性体干细胞(USSC)上研究了该产物的细胞毒性。结果显示,酮化多壁碳纳米管的细胞毒性低于吡唑化多壁碳纳米管。
炭纤维表面SiC/SiO2抗氧化涂层的溶胶凝胶法制备
夏克东1, 2| 吕春祥1| 杨 禹1
2013, 28(3): 208-214.
摘要(1305) PDF(1072)
摘要:
采用溶胶凝胶法,并经高温热处理在炭纤维表面制备SiC/SiO2陶瓷涂层。通过X-射线光电子能谱、X-射线衍射、扫描电镜等分析SiC/SiO2涂层的结构与形貌。通过热重分析研究炭纤维涂层前后的抗氧化性能。结果表明,均匀、无裂纹的SiC/SiO2涂层可改善炭纤维的抗氧化性能,而且涂层炭纤维的抗氧化性能随着溶胶浓度和热处理温度的升高而增加。与原始炭纤维相比,具有300nm涂层厚度的炭纤维起始氧化温度提高了200℃。但是当涂层超过一定厚度时,涂层开裂脱落,炭纤维的抗氧化性能降低。SiC/SiO2涂层炭纤维的拉伸强度与原始纤维相比降低了37.7%,在700℃等温氧化90min,涂层纤维的拉伸强度为1.37GPa,仍保留一定的强度。
等离子体预处理的炭/炭复合材料等离子喷涂制备羟基磷灰石涂层
倪昕晔1|2| 汤晓斌2| 林 涛1| 赵全娣1| 耿长冉2 |蔡雷铭1| 顾卫东1| 缪云良3| 陈 达2
2013, 28(3): 215-221.
摘要(1180) PDF(1100)
摘要:
为了提高等离子喷涂法所制羟基磷灰石涂层与炭/炭复合材料的结合力,采用氩气等离子体预处理结合等离子体喷涂法在炭/炭基体表面制备羟基磷灰石涂层,采用扫描电镜、X射线衍射仪、红外光谱仪、划痕仪等研究羟基磷灰石涂层的形貌、相组成以及羟基磷灰石涂层与基体的结合力。结果表明:采用或不采用等离子体处理炭/炭复合材料,羟基磷灰石涂层形貌和相组成接近,羟基磷灰石涂层的临界载荷分别为14.0 N、8.9 N,前者比后者临界载荷提高了57.3%。采用等离子体处理可提高等离子体喷涂羟基磷灰石涂层与炭/炭复合材料基体的结合力。
炭/炭复合材料表面Mo-Si熔浆涂层中剩余Al对其1370℃抗氧化性能的影响
来忠红1, 2| 方海涛1| 左 昕 3| 全在昊2| 孟松鹤4| 朱景川1
2013, 28(3): 222-227.
摘要(1183) PDF(861)
摘要:
Si粉预涂层中添加Al能够有效阻止液态Si过度渗入C/C复合材料内部。实验考察Al添加剂对C/C复合材料表面Mo-Si熔浆涂层抗氧化性能的影响,对比研究了Si预涂底层中Al添加量分别为6%和10%时,Mo-Si熔浆涂层C/C复合材料1370℃的氧化行为。借助金相显微镜、X射线衍射仪和扫描电镜及能谱仪等分析手段对比分析Al含量不同的两种涂层氧化前后的组织结构,探讨了过量Al添加对涂层C/C复合材料氧化行为的影响机理。结果表明,Al-Si预涂底层中Al含量达到10%时,Mo-Si熔浆涂层中出现了散布于MoSi2颗粒周围的剩余Al相;1370℃氧化过程中,含有剩余Al相的Mo-Si熔浆涂层C/C复合材料抗氧化性能迅速减弱。氧化过程中,涂层中剩余Al相向外扩散,在涂层内部留下相互连通的空洞,成为氧气扩散的通道,降低了涂层的氧阻挡能力;此外,剩余Al相在向外扩散过程中氧化生成含有Al2O3的疏松多孔的氧化层,不能有效阻止氧的扩散。这两个因素最终导致含有剩余Al相的涂层丧失防护能力,使得C/C复合材料基体氧化失重。
HNO3/H2O2氧化修饰碳球的表征与分析
郭兴梅1| 刘海星1| 杨永珍2, 3| 刘旭光1, 2
2013, 28(3): 228-234.
摘要(1241) PDF(1084)
摘要:
为改善碳球在液相中的反应性能,采用HNO3/H2O2混合氧化剂氧化法对碳球表面进行改性,通过场发射扫描电子显微镜、X射线衍射和红外光谱法等手段分析了氧化处理条件对碳球微观结构和引入的官能团种类的影响,并采用酸碱滴定方法对氧化引入的官能团的数量进行测定,同时考察了改性后的碳球在水中的分散性。结果表明,当HNO3和H2O2体积比为1∶1时,随氧化剂浓度的增加,含氧官能团的量增加,尤以羰基最为明显;相同氧化条件下,引入的羟基量明显高于羧基和羰基;当体积比由1∶1变为1∶3时,羟基含量增大,羧基和羰基含量下降,由此得出结论:氧化性强的HNO3有利于羧基和羰基的引入,而氧化性弱的H2O2有利于羟基的引入;采用体积比为1∶1的浓HNO3和H2O2处理在碳球表面引入了尽可能多的含氧官能团,为2.164mmol/g,其在水中具有良好的分散性和分散稳定性。因此可以通过改变氧化条件实现碳球表面的可控改性,为碳球的进一步功能化修饰和应用提供依据。
聚硅氧烷制备高比表面积微介孔炭材料
段力群,  马青松,  陈朝辉
2013, 28(3): 235-240. doi: 10.1016/S1872-5805(13)60078-5
摘要(1255) PDF(1164)
摘要:
通过对聚甲基(苯基)硅树脂(SR249)在1250 ~1350℃、真空气氛下裂解以及氢氟酸酸洗处理制备得到具有高比表面积的纳米多孔炭材料。采用X-ray衍射光谱、拉曼光谱、元素分析、透射电镜及氮气吸附法对不同温度所制样品进行元素组成及结构研究。裂解产物中的SiO2相作为一种天然模板经腐蚀处理除去。裂解温度和酸洗处理对多孔炭材料的成分和结构变化影响较大。HF酸处理前,裂解产物的比表面积小于55m2/g;而酸洗后产物比表面积和总孔容量显著增加,而最高值是裂解温度为1300℃时获得,分别为1148m2/g、0.608cm3/g。经酸洗处理得到的多孔炭,孔径分布均相对较窄,在1~4nm。透射电镜结果显示炭材料中的自由碳相和少量的SiC纳米晶及SiOC陶瓷彼此相互包裹。