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2015年  第30卷  第2期

Graphical Contents
2015, 30(2): .
摘要(248) PDF(272)
摘要:




抗烧蚀C/C复合材料研究进展
付前刚, 张佳平, 李贺军
2015, 30(2): 97-105.
摘要(1562) PDF(1385)
摘要:
C/C复合材料因优异的高温性能被认为是高温结构件的理想材料。然而,C/C复合材料在高温高速粒子冲刷环境下的氧化烧蚀问题严重制约其应用。因此,如何提高C/C复合材料的抗烧蚀性能显得尤为重要。笔者综述C/C复合材料抗烧蚀的研究现状。目前,提高C/C复合材料抗烧蚀性能的途径主要集中于优化炭纤维预制体结构、控制热解炭织构、基体中陶瓷掺杂改性和表面涂覆抗烧蚀涂层等4种方法。主要介绍以上4种方法的研究现状,重点介绍基体改性和抗烧蚀涂层的最新研究进展。其中,涂层和基体改性是提高C/C复合材料抗烧蚀性能的两种有效方法。未来C/C 复合材料抗烧蚀研究的潜在方向主要集中于降低制造成本、控制热解炭织构、优化掺杂的陶瓷相以及将基体改性和涂层技术相结合。
工程应用C/C复合材料的性能分析与展望
苏君明, 周绍建, 李瑞珍, 肖志超, 崔红
2015, 30(2): 106-114.
摘要(1803) PDF(1331)
摘要:
评价了中国40多年来在航天、航空、光伏、粉末冶金、工业高温炉领域成功应用的针刺C/C,正交3D C/C、径编C/C、穿刺C/C、轴编C/C等五类C/C复合材料的物理、力学、热学、烧蚀、摩擦磨损、使用寿命等性能及特点,并与其他国家相应材料性能进行分析对比,为建立工程应用C/C复合材料共享的数据库平台奠定基础。揭示了炭纤维预制体、炭基体类型、界面结合状态与材料性能的关联度。指出炭纤维预制体结构单元精细化研究和其结构的梯度设计,以及炭基体的优化组合匹配技术,仍是C/C复合材料性能稳定化提升的重点研究方向。
炭纤维表面聚酰亚胺涂层的制备及表征
原浩杰, 吕春祥, 张寿春, 吴刚平
2015, 30(2): 115-121. doi: 10.1016/S1872-5805(15)60179-2
摘要(1029) PDF(1198)
摘要:
采用一种不含有机溶剂的聚酰胺酸上浆剂实施上浆处理,为在T300级炭纤维(3 k)表面制备聚酰亚胺(PI)涂层提供一种绿色途径。通过傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜对PI涂覆炭纤维的表面进行分析,结果表明,在炭纤维表面形成一层连续且均一的PI涂层。通过热重分析和单丝拉伸测试,考察炭纤维的热稳定性。与包含环氧上浆剂的炭纤维相比,在耐高温树脂的加工温度范围(300~400 ℃)内PI涂覆炭纤维表现出优异的热稳定性,起始分解温度与5%热失重温度分别高达567 ℃及619 ℃。此外,在空气中、400 ℃条件下氧化1 h后,PI涂覆炭纤维的拉伸强度仅下降6%,明显低于包含环氧上浆剂炭纤维(拉伸强度下降22%)。
气相硼催化石墨化炭纤维对其力学性能和微观结构的影响
王慧奇, 郭全贵, 刘占军, 韩涛, 冯志海, 刘朗
2015, 30(2): 122-127.
摘要(792) PDF(814)
摘要:
采用间接法将硼引入炭纤维(CF)中,即先将硼引入石墨坩埚中,然后将CF放到坩埚中,升温进行石墨化处理,石墨坩埚中的硼扩散出来,进入纤维中,借助硼的催化石墨化特性,从而制备出硼掺杂石墨纤维。研究硼含量对炭纤维力学性能的影响。利用X射线光电子能谱、X射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜对所制石墨纤维中的硼含量、结构和形貌进行表征和分析。结果表明:石墨纤维中的硼含量可控,硼的催化石墨化作用,提高了CF的石墨化度,由于硼的固溶特性引入了一些缺陷,使得CF的微结构和力学性能发生变化;通过调控CF中的硼含量(0.58%-0.68%),能够在CF强度不损失的情况下提高其模量。
石墨烯/炭黑杂化材料:新型、高效锂离子电池二元导电剂
李用, 吕小慧, 苏方远, 贺艳兵, 李宝华, 杨全红, 康飞宇
2015, 30(2): 128-132.
摘要(1211) PDF(1632)
摘要:
采用CTAB为表面活性剂将氧化石墨烯和炭黑均匀分散,经水热过程将二者组装到一起,进而高温热处理得到石墨烯/炭黑杂化材料。该材料是一种具有独特结构和良好性能的石墨烯/炭黑杂化材料作为锂离子电池二元导电剂。炭黑颗粒均匀分布在石墨烯表面,可防止石墨烯片层团聚并进一步提高电子导电效率。由于炭黑可增加对电解液的吸附,促进电极内部锂离子的传输过程,最终提高锂离子电池的倍率性能。结果表明,使用质量分数5% 900 ℃热处理之后的二元导电剂的LiFePO4,在10 C时比容量为73 mAh/g,优于使用10%炭黑导电剂时的LiFePO4 (10 C比容量为62 mAh/g)。按照整个电极质量计算,前者的比容量性能比后者提高了近25%,同时在循环性能方面,前者的稳定性也优于后者。
电子受体材料功能化还原氧化石墨烯的结构和光学性能
屈腊琴, 杨维佳, 郝亚敏, 杨永珍, 刘旭光
2015, 30(2): 133-140.
摘要(652) PDF(861)
摘要:
采用Hummers法制备氧化石墨烯(GO),利用水热法对GO分别还原5 h和10 h制得两种还原氧化石墨烯(5-RGO和10-RGO),进一步用异氰酸苯酯对还原前后的氧化石墨烯材料进行改性,即得功能化氧化石墨烯和功能化还原氧化石墨烯(SPFGO、5-SPFRGO和10-SPFRGO)。以功能化还原氧化石墨烯材料为电子受体,聚3-己基噻吩(P3HT)为电子给体,制备复合膜。结果表明:GO由3-5层组成,经水热还原后样品表面仍含有—CO,—COOH等含氧官能团;功能化后石墨烯在邻二氯苯中分散性良好,与P3HT能级相匹配,满足作为聚合物太阳能电池受体材料要求;以5-SPFRGO做为受体材料与P3HT复合制备的复合膜表面规整致密,光吸收强度高,荧光光谱强度低,性能最优。
氧化煅前针状焦制备超级电容器用纳米多孔炭
王九洲, 王立群, 陈明鸣, 王成扬, 张翠, 何琲
2015, 30(2): 141-149. doi: 10.1016/S1872-5805(15)60180-9
摘要(877) PDF(785)
摘要:
经混酸HNO3/H2SO4氧化后,煅前针状焦(GNC)转化为两种中间体,根据中间体在水中的分散能力区分为水可分散部分和水不可分散部分。这两种中间体均可经KOH活化后制得纳米多孔炭材料。通过XPS、XRD、低温N2吸脱附和TEM表征表明,在相同的KOH用量下,所得纳米多孔炭的孔结构不同,主要是由于两种中间体在表面性质和微结构方面的差异所致。以6mol/L KOH为电解液, 从水可分散中间体制得的多孔炭GNC-A10-3在40A/g下的质量比容量为248F/g,且倍率性能优异,C40/0.05为76%;而同样为3倍碱炭比时从水不可分散中间体制备的多孔炭GNC-R10-3在体积比电容上的电化学表现优于GNC-A10-3。
钯纳米颗粒在不同碳质材料上的自发沉积与电活性
孙丽枝, 易清风
2015, 30(2): 150-155.
摘要(718) PDF(895)
摘要:
在无还原剂存在下,氯化钯在Vulcan XC-72碳粉(C)、多壁碳纳米管(MWCNT)和碳球(CM)等碳质材料表面上自发还原为金属钯,从而得到相应的钯纳米颗粒(Pd-C、Pd-MWCNT和Pd-CM)。用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对这些碳质材料修饰后,采用同样的自发还原方法分别制备出Pd/CTAB-C、Pd/CTAB-MWCNT和Pd/CTAB-CM催化剂。结果表明,CTAB修饰后的MWCNT明显增加了钯纳米颗粒的自发沉积量,粒径大约为9 nm,而在MWCNT上沉积的纳米Pd粒径为19 nm。Pd/CTAB-MWCNT在碱性条件下对乙醇氧化的电流密度达到44.2 mA·cm-2,与其他碳载体负载的Pd纳米催化剂相比,对乙醇氧化具有强而稳定的电催化活性。
生物质活性炭微孔和中孔结构对CO2吸附性能的影响
宋涛, 廖景明, 肖军, 沈来宏
2015, 30(2): 156-166. doi: 10.1016/S1872-5805(15)60181-0
摘要(857) PDF(715)
摘要:
以玉米秸秆作为生物质活性炭的原材料,CO2作为活化介质,分别以KOH、HNO3和CH3COOH作活化剂,在800℃下一步法制备出玉米秸秆活性炭,并针对部分样品分别使用KOH、HNO3和CH3COOH进行化学活化。分别考察CO2活化时间、CO2活化剂浓度、化学活化种类及后续热处理工艺对样品吸附CO2的性能影响。结果表明,化学活化过程可拓展活性炭的空隙结构,显著提高其对CO2的吸附。在最优工艺下(4mol/L HNO3活化+100℃水浴加热1h+600℃热处理),活性炭的比表面积达639.8m2/g,其CO2捕集效率为7.33%,高于市场商业用活性炭的6.55%。同时,考察活性炭微孔和中孔对CO2吸附的影响规律,并采用Bangham动力学模型探讨样品的吸附性能。
橡胶木屑基活性炭—聚氨酯复合材料的制备及其微波吸收性能
Azizah Shaaban, Sian-Meng Se, Imran Mohd Ibrahim, Qumrul Ahsan
2015, 30(2): 167-175. doi: 10.1016/S1872-5805(15)60182-2
摘要(686) PDF(877)
摘要:
采用ZnCl2对橡胶木屑进行化学活化制备出活性炭。ZnCl2与橡胶木屑的浸渍质量比为1.0-2.0,活化温度为500 ℃,时间为 60 min。通过扫描电镜、X射线衍射和BET比表面分析仪探讨浸渍比例对活性炭孔结构的影响。结果表明,当浸渍比为1.5:1时,样品的比表面积和孔径分别为1 301 m2/g 和0.37 cm3/g。通过化学发泡工艺将不同质量分数(1%, 2%, 3%, 5%, 8%)的活性炭填充至聚氨酯中制备出聚氨酯复合材料。在1-5 GHz频率范围内,复合材料吸收微波。随着活性炭含量增加,在1-3 GHz范围内,介电常数(ε')和回波损耗增加。活性炭含量为8%时复合材料的介电常数达到最大值3.0。在1.8 GHz时,复合材料的回波损耗为10 dB。在-2.5 GHz,电磁屏蔽效率大于3 dB。与传统聚合物材料如填加金属的聚氨酯和聚酯相比,所制复合材料呈微波段吸收,可作为电磁屏蔽材料。
基于基斯勒尔法中间相沥青的流变性质
金鸣林, 程洁羚, 王连星, 金双玲, 张睿
2015, 30(2): 176-180. doi: 10.1016/S1872-5805(15)60183-4
摘要(619) PDF(912)
摘要:
用基斯勒尔法研究了热处理前后(室温~520 ℃)相沥青的流变性质。结果表明:在不同温度和不同加热速率下,基斯勒尔流动度具有很好的重现性。未经热处理的中间相沥青的流动度在253~282 ℃之间随温度增加缓慢增加,在282~311 ℃随温度增加呈现指数增大,在282~498 ℃几乎不变。热处理的沥青的流动度也随温度增加呈现类似的S型的变化规律,其中指数增加段可以用阿伦尼乌斯公式计算其粘流活化能。沥青的甲苯不溶物含量随热处理时间增大从67.3%增大到88.7%,粘流活化能为203.6~294 kJ/mol。
爆轰纳米金刚石在水性介质中单分散性能
杨玉东, 徐菁华, 杨林梅
2015, 30(2): 181-185.
摘要(764) PDF(887)
摘要:
采用激光液相法,以爆轰纳米金刚石(PCD)为原料,在聚乙二醇(PEG200)溶液中得到单分散的纳米金刚石(LPCD)。利用TEM、XRD、FTIR、VSM和PL光谱等手段对LPCD的形貌、粒径、发光和磁性能进行表征。结果表明,混酸氧化处理的PCD能稳定分散在PEG200溶液中,但仍有一次团聚体。采用激光辐照得到的LPCD,具有较强的铁磁性,更大的比表面积和更多的表面悬键。激光辐照的同时发生了原位表面化学修饰,LPCD出现了特有的羟基(C-OH)峰和PEG200基团,粒子分散性好,没有一次和二次的团聚体,其平均粒径为5.5 nm。
新型单组份磷-氮膨胀型阻燃剂/OMMT 对尼龙6热稳定性能的影响及其协同阻燃效果
王超, 李迎春, 胡国胜, 曹东豪
2015, 30(2): 186-192. doi: 10.1016/S1872-5805(15)60184-6
摘要(772) PDF(925)
摘要:
合成出新型单组份磷-氮膨胀型阻燃剂2-环季戊四醇磷酸酯-4,6-对氨基苯磺酸钠均三嗪(CTOB),通过FT-IR, 1H NMR和 31P NMR对其结构进行表征。以CTOB与有机蒙脱土(OMMT)为原料,制备出阻燃型CTOB/ OMMT/ Nylon 6复合材料。热重分析表明:CTOB和OMMT的加入能有效提高尼龙6的热稳定性能和成炭性能,通过极限氧指数(LOI)、锥形量热、垂直燃烧实验(UL-94)和TGA对CTOB/ OMMT/ Nylon 6复合材料的阻燃性能进行研究。结果表明,CTOB和 OMMT在尼龙6中表现出良好的协同阻燃效果,CTOB/OMMT/ Nylon 6的氧指数可达28.0%,垂直燃烧性能达到UL-94 V-0级,阻燃后的尼龙6其PHRR 和 THR分别下降了65.7%和49.3%。CTOB/ OMMT/ Nylon 6燃烧后,表面可生成致密性良好的膨胀炭层,膨胀炭层的形成是有效提高Nylon 6阻燃性能的关键因素。