新型炭材料

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杨全红, 吕伟, 杨永岗, 王茂章

2008, 23(02): 97-103.

摘要(3986)

PDF(1018)

摘要:
石墨烯是近年发现的二维碳原子晶体，是目前碳质材料和凝聚态物理领域的研究热点之一。石墨烯是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2杂化碳的基本结构单元，具有更多奇特的性质。通过简要介绍石墨烯的发现历史及分子结构，重点评述了石墨烯奇特的性质（特别是电学性质）和潜在的应用领域。

铬酸溶液后处理增强碳纳米管的场发射特性

李世鸿, 张永平, 李丽英

2008, 23(02): 104-110.

摘要(2976)

PDF(646)

摘要:
采用铬酸溶液对碳纳米管进行后处理，旨在修饰碳纳米管的表面形态及改变碳纳米管的表面结构，进一步增强碳纳米管的场发射特性。铬酸溶液后处理与传统以硝酸后处理的方法不同之处在于，铬酸溶液可以更有效率地与非晶质碳及碳纳米管发生化学反应。可以预期碳纳米管经过铬酸溶液处理后，碳纳米管的表面形态、化学组成及场发射特性会产生很大的变化。场发射的数据显示，经铬酸溶液处理20min的碳纳米管场发射电流比未经过铬酸溶液处理的场发射电流有明显的增加。然而，长时间的铬酸溶液处理也会降低碳纳米管场发射特性。经铬酸溶液处理20min的碳纳米管场发射电流增强原因主要为适度的铬酸溶液处理可以改变碳纳米管的表面形态，使碳管的表面密度增大、场发射功函数降低。但过长时间的铬酸溶液后处理，又会造成碳纳米管数目减少及表面结构受到损害，导致碳纳米管场发射特性变差。

EDLC电容和电极活性炭孔型及其表面积之间的关系

王立红, 豊田昌宏, 稲垣道夫

2008, 23(02): 111-115.

摘要(3663)

PDF(829)

摘要:
研究了商用活性炭作为电极的双电层电容器在水系和有机系电解液中的电容和活性炭孔结构的关系。水系电解液采用1mol/L的H2SO4溶液、有机系电解液采用1mol/L 的TEMA/PC溶液。结果表明：水系和有机系电解液中的电容存在线性关系。电容由活性炭微孔表面和其他大孔构成的表面两部分提供（分别称为Cmicro.和Cext.）。其中Cmicro.较小并对电流有依赖性、而Cext.近似为一个常数、不随电流改変。

喷雾热解法制备高产率石墨/炭纳米纤维及其特征研究

Bipin Kumar Gupta, O.N.Srivastava

2008, 23(02): 116-120.

摘要(2780)

PDF(1064)

摘要:
基于石墨/炭纳米纤维（GNFs）的克量级（﹥1g）制备及其特征表征，通过苯的喷雾热解制备了GNFs，并采用 XRD,TEM及SEM对GNFs进行了表征。结果表明：高产率GNFs的最佳生长条件是：喷管内径～0.52mm,苯液流量～5mL/min,反应温度～750℃，载气H2流量～1500mL/min。所制GNFs的典型长度和直径分别为～60μm和～250nm,大部分GNFs样品呈现螺圈/螺旋纤维状。喷雾热解生长模式中GNFs的产率为克量级（1.45g）/产程。

PAN预氧化纤维的炭化过程

温月芳, 曹霞, 杨永岗, 李辉, 郭建强, 刘朗

2008, 23(02): 121-126.

摘要(3827)

PDF(699)

摘要:
采用Raman光谱、XRD、AE、XPS和TGMS方法分析PAN预氧化纤维在连续炭化过程中纤维结构参数和C、N、O含量的变化，以及反应中小分子的释放情况。Raman光谱分析表明：在炭化过程中纤维内sp2杂化的C—C原子键距逐渐变大，晶体尺寸增大，石墨化度也随之提高，乱层石墨结构趋于完善；XRD分析结果表明：炭化过程中纤维的择优取向性提高，微孔含量减小是炭纤维体密度增大和强度逐步提高的原因所在；从预氧化纤维、低温炭化和高温炭化纤维的表面和本体元素分析的结果发现：炭化过程中碳元素的富集和非碳元素的脱除是由外向内的过程；TGMS分析表明：小分子的释放主要发生在低温炭化的过程中，而高温炭化过程主要是大的梯形分子链交联脱除N2的反应。

不同刹车压力下炭/炭复合材料的摩擦磨损性能

于澍, 黄伯云, 熊翔, 张传福

2008, 23(02): 127-132.

摘要(2880)

PDF(637)

摘要:
利用光学显微镜、扫描电子显微镜和MM1000摩擦试验机研究了刹车压力对等温CVD和热梯度CVD沉积所制炭/炭复合材料的摩擦磨损性能的影响。结果表明：随着刹车压力从0.35MPa增加到1.82MPa，材料的摩擦系数下降，质量磨损加大，其中含有RL结构材料的氧化失重低于含有SL结构的材料。含有RL结构的材料由于晶体结构比较完善，其磨屑容易发生塑性形变由颗粒状变为层片状，形成良好的润滑膜，有效地降低了氧化失重的比例。

辅助活化法制备超级活性炭的机理

刘欣梅, 代晓东, 张建, 宋辉, 阎子峰

2008, 23(02): 133-138.

摘要(4191)

PDF(720)

摘要:
采用辅助活化法合成了大比表面、孔隙结构发达的超级活性炭。详细考察了碱金属和碱土金属的卤化物在活化过程中的辅助活化作用，并利用快速中止反应技术探索了辅助活化机理。结果表明：助活化剂中阳离子的半径及还原后相应金属的还原能力强烈影响着活性炭的孔分布；而阴离子的存在起到调变电子助剂的作用，能够提高活化中心的活化能力。在低温活化段助活化剂主要促进了孔口的扩张，而中、高温活化段推动了径向活化过程。

磷酸钙涂覆炭织物体外细胞毒性的评价

韩红梅, Gary J. Phillips, Sergey V. Mikhalovsky, Andrew W. Lloyd

2008, 23(02): 139-143.

摘要(2647)

PDF(764)

摘要:
医用植入体的成功与否常常取决于器件植入后细胞与材料表面间的相互作用。采用生物体外测试法考察了声电化学法制备的磷酸钙涂层对炭织物的骨细胞附着、增殖能力的影响。借助MTS检测技术、扫描电子显微镜，选择人类成骨细胞（MG63）作为细胞模型，通过测定细胞与炭织物、磷酸钙涂覆炭织物、以及其各自的提取液作用后的存活能力，研究了细胞/材料的相互作用，并对基底材料的细胞毒性进行了评价。结果表明，炭织物、磷酸钙涂覆炭织物均不具有细胞毒性，且磷酸钙涂层可提高成骨细胞的附着和增殖。SEM图像显示，细胞形貌正常，与对照组相比较生长增殖情况相似。

炭/炭复合材料表面等离子体喷涂羟基磷灰石涂层的生物学性能

曹宁, 白允强, 马泉生, 隋金玲, 李木森

2008, 23(02): 144-148.

摘要(3082)

PDF(499)

摘要:
采用等离子体喷涂法在炭/炭复合材料基体上制备了羟基磷灰石涂层，并对所制材料开展体外模拟和试验。结果表明：在体外模拟生理环境的Ringer溶液中，涂层组成相随浸泡时间发生变化。涂层表面有新生羟基磷灰石结晶析出并聚集长大。骨内种植试验期间，动物未出现排异和炎症反应，涂层与基体结合良好。组织学观察发现，涂层与骨界面处有明显的组织改建和新骨形成形态。炭/炭复合材料表面等离子体喷涂羟基磷灰石涂层作为一种潜在的骨组织修复材料具有良好的应用前景。

碳纳米管和炭黑在橡胶体系增强的协同效应

范壮军, 王垚, 罗国华, 李志飞, 魏飞

2008, 23(02): 149-153.

摘要(3440)

PDF(832)

摘要:
分别以碳纳米管、炭黑以及碳纳米管和炭黑复合体作为橡胶补强剂，在开炼机上进行混炼加工制得橡胶复合材料。实验结果表明:与炭黑补强橡胶体系相比，碳纳米管能够提高橡胶复合材料弹性模量、定伸应力、耐磨和导电性能，但复合材料的拉伸强度、撕裂强度、伸长率，黏度以及加工性能都较差；而以碳纳米管和炭黑混合物作为复合补强剂，通过二者的协同补强效应，形成真正意义的“葡萄串”结构，整体地提高了橡胶复合材料的性能。当碳纳米管和炭黑的质量比为1∶4时，制备的橡胶复合材料抗撕裂强度(78.4kN/m)、硬度(68)以及磨耗(0.122cm3/km)性能都优于相同含量炭黑橡胶体系；与相同含量的碳纳米管橡胶体系相比，伸长率(470%)和黏度(65Pa·s)均大大改进。碳纳米管的加入使橡胶复合材料具有优良的动态力学性能，在低滚动滞后性和抗疲劳损失的轮胎胎面胶方面将有潜在的实用价值。

石油油浆常压研制泡沫炭

杨小军, 查庆芳, 李宏男, 李学军, 程相林

2008, 23(02): 154-158.

摘要(2922)

PDF(764)

摘要:
以重油催化裂化(FCC)油浆富芳油为原料, 经过热解制备中间相沥青,在常压下制备出孔径为150μm~400μm的沥青基泡沫，然后在马弗炉中炭化制得泡沫炭。定性考察了沥青分子量分布对沥青泡沫形成的影响, 以及其沥青泡沫在空气中, 在800℃~1400℃炭化温度范围炭化得到泡沫炭产品的光学微观形态、微晶及密度等的变化情况。发现:热解过程中，沥青分子量分布越宽, 最终制得的中间相沥青发泡越不利；沥青泡沫在空气中炭化过程中, 随炭化温度升高泡沫形态逐渐变形变大, 原来的闭孔结构逐渐被打开, 同时产生一些新的小孔。在炭化温度800℃以前, 先经历一个微晶、闭孔被破坏的过程, 其微晶尺寸由2.3nm减小到1.5nm, 微晶晶格层间距由0.3459nm增加到0.3477nm； 800℃后, 经历一个微晶生长过程, 微晶尺寸由1.5nm增加到4.2nm, 微晶晶格层间距由0.3477nm减小到0.3454nm；在整个炭化过程中, 泡沫产品的密度一直呈减小趋势, 从原有的0.52g/cm3减小到 0.16g/cm3。

用Weibull统计方法评价Ni-P镀层对炭纤维抗拉强度的影响

纪英露, 吕春祥, 周普查, 杨禹, 吕晓轩, 李永红, 袁淑霞, 贺福

2008, 23(02): 159-164.

摘要(3453)

PDF(789)

摘要:
采用化学镀法获取NiP镀层炭纤维。通过SEM和XRD考察了未镀和已镀NiP炭纤维表面形貌和微观结构的变化，借助EDS研究了其表面元素的变化，利用Weibull统计分布探讨了NiP镀层对炭纤维单丝抗拉强度的影响。结果表明：NiP镀层使炭纤维表面缺陷减少，外界应力经过NiP镀层向纤维传递，改变了炭纤维的断裂机理。当镀层厚度为0.149μm时，抗拉强度达到最大值3.10GPa，比未镀的增加8.77%，说明NiP镀层能够提高炭纤维抗拉强度。

苯酚-间甲酚-糠醛基炭气凝胶的制备及微结构控制

龙东辉, 张洁, 杨俊和, 胡子君, 李同起, 成果, 张睿, 凌立成

2008, 23(02): 165-170.

摘要(3957)

PDF(1323)

摘要:
以苯酚、间甲酚和糠醛为原料，在正丙醇溶剂中以盐酸为催化剂经溶胶凝胶过程合成了醇凝胶，直接超临界正丙醇干燥得到有机气凝胶，在氮气保护下裂解制备出富含中孔的炭气凝胶。用IR、N2吸附、SEM、TEM等表征气凝胶的结构特征，考察了间甲酚苯酚摩尔比对凝胶结构的影响。结果发现：提高间甲酚的含量能够增强聚合物的交联密度，减小聚合物与溶剂的相溶性，缩短相分离时间，有利于得到较小的纳米颗粒和孔径的炭气凝胶。所制得的炭气凝胶平均中孔孔径随间甲酚含量的增加从47nm逐渐减小至13nm，BET比表面积和中孔孔容在mC/P=0.33时达到最大值。

静电纺丝法制备聚丙烯腈基纳米炭纤维及其表面结构表征

顾书英, 吴琪琳, 任杰

2008, 23(02): 171-176.

摘要(3797)

PDF(881)

摘要:
通过稳定化、炭化静电纺制的聚丙烯腈(PAN)前驱体纤维制备了直径为100nm～300nm 的纳米炭纤维。用扫描电镜(SEM)、场发射扫描电镜(FESEM)、扫描隧道显微镜(STM)及扫描量热分析法(DSC)研究了纳米炭纤维及其前驱体纤维的形貌及结构。结果表明：纳米炭纤维及其前驱体纤维的直径表现为对数正态分布。静电纺制纤维的环化放热峰移向低温，表明静电纺制纤维可在较低的温度下引发环化。由于静电纺制纤维的粗糙表面及在热处理过程中的收缩行为，在纳米炭纤维表面形成了长度为10nm 宽度为5nm 的凹坑。

预氧化过程中PAN纤维皮芯结构的变化

刘杰, 李佳, 王雷, 马兆昆, 梁节英

2008, 23(02): 177-184.

摘要(3250)

PDF(839)

摘要:
借助红外测试（FTIR）、元素分析（EA）、扫描量热分析（DSC）和扫描电子显微镜（SEM）系统研究了五种聚丙烯腈（PAN）纤维在预氧化过程中纤维皮芯结构的变化、差异、规律及其与热化学反应、结构变化的关联。结果表明：预氧化过程中PAN纤维皮芯比的变化与纤维组成、结构和致密性等化学与物理性质密切相关。在一定预氧化条件下,皮芯比的变化与纤维热化学反应特性的差异、直径收缩率和密度的变化存在良好的对应关系。最终预氧化纤维的皮芯比与炭纤维的力学性能密切相关。

溴插层热解炭的制备

卢锦花, 李贺军, 李克智

2008, 23(02): 185-188.

摘要(3157)

PDF(527)

摘要:
采用液相法对化学气相沉积热解炭进行溴插层，插层工艺为溴炭质量比6∶1，反应温度20℃，反应时间48h。采用XRD、SEM和XPS手段对制备的产物进行分析表征。结果表明：插层后，热解炭的XRD图谱有新的衍射峰出现，表明有新物质生成；SEM图显示溴元素以非单质状态均匀分布在热解炭中；XPS结果进一步证实热解炭中溴元素和碳元素为化学键键合。

炭毡传感特性研究

宋显辉, 吕泳, 张小玉, 李卓球

2008, 23(02): 189-192.

摘要(2342)

PDF(489)

摘要:
通过对炭毡进行拉伸、循环加载等试验，研究了其电阻随变形而改变的规律。结果表明：在弹性范围内，拉伸加载时，电阻值呈可逆性增加；卸载时，电阻值则为可逆性减小。炭毡具有良好的电阻变形敏感性，且有满意的线性度和良好的重复性。炭毡通电处理后，其电阻值更加稳定，在循环载荷下，重复性比未通电前好。炭毡作为一种新型的传感元件，可用于监测工程结构的服役状况。

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