以碳纳米管(MWCNT)为添加剂,制备出碳纳米管/ 环氧树脂复合材料,并探讨 MWCNT 质量分数对其力学和电学性能的影响。 结果表明,当 MWCNT 含量分别为 0. 1% 和 0. 25% 时,该复合材料的拉伸强度和弯曲模量达到最大值。 随着 MWCNT 含量的增加,拉伸模量增加和应变损坏率降低,这表明复合材料由塑性变形到脆性变形演变。 当 MWCNT 含量为 0. 05%时样品弯曲强度最高;当 MWCNT 含量为 0. 5%时,样品出现电渗流阈值。 MWCNT 在环氧树脂基体中的良好分散对提高复合材料力学性能起重要作用。 分散不均的 MWCNT 易团聚,会引起早期失效和电学性能降低。

通过一步水热法制备出具有三维网络结构的氢氧化镍/石墨烯复合材料(Ni(OH) ₂ -GS)。 这一独特的结构可以提供良好的离子传输通道,同时可以有效地提高氢氧化镍与电解液的接触面积和材料的导电性。 结果表明,Ni(OH) ₂ 的质量分数为84%时,复合材料具有最佳的电化学性能,在 5 mV · s ^-1 的扫速下比电容为1 461 F · g ^-1 ,在 100 mV · s ^-1 的扫速下比电容为 682 F · g ^-1 (容量保持率为 47%),并且具有良好的循环稳定性。

以热膨胀还原所制石墨烯为载体,采用超声辅助鄄化学镀法制得石墨烯担载 Ni 纳米复合材料。 利用 X 射线衍射仪和透射电子显微镜和能谱仪分析其微观结构及元素组成,研究其化学镀镍的反应机理。 结果表明,随施镀时间的延长,Ni 纳米颗粒以 Pd 为自催化活性中心,逐步附着在石墨烯表面上,并随 Pd 纳米颗粒的分布情况而富集在石墨烯边缘及皱褶区域; Sn 纳米颗粒对化学镀镍贡献较小,以致化学镀镍后仍有部分残留。 可见,在石墨烯表面进行化学镀镍时,Pd 对 Ni 纳米颗粒的生长成核起定位和催化作用。

分别以细胞外实验和和细胞内实验来观察功能化氧化石墨烯(GO)对急性早幼粒细胞白血病细胞株 NB4 细胞的检测情况。 通过比较不同探针浓度、温度、孵育时间等因素,探索最佳条件。 结果表明,在室温下,GO 吸附 200 nmol/ L 单链 DNA 荧光探针,并淬灭其荧光;当与含靶分子(PML/ RARα 融合基因)的 NB4 细胞共孵育 1 小时后,探针便脱离 GO,荧光得以恢复,从而准确检测出 NB4 细胞。

采用 6K 的预氧丝和炭纤维制备预制体,通过化学气相渗积制备炭/ 炭复合材料。 通过偏光显微镜、拉曼光谱、纳米硬度和三点弯曲等手段研究其微观结构和力学性能。 结果表明,预氧丝复合材料的基体为暗层和粗糙层炭,厚度分别为 1. 4- 2. 6μm和 10. 2-11. 6μm;而炭纤维复合材料的基体为光滑层和粗糙层炭,厚度分别为 8μm 和 4. 4μm;预氧丝纤维的模量和硬度明显小于炭纤维,同时基体的模量和硬度随消光角的增加而降低;低模量的基体和纤维导致预氧丝复合材料的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和模量分别降低了14. 5%-24. 2%、9. 7%-19. 8%、7. 3%-15. 4%和  15. 1%-18. 6%; 但其韧性指数却提高了224%-235%, 这是高含量的粗糙层炭和纤维的石墨化收缩所致;同时提出了一个三单元复合模型用来模拟复合材料的拉伸模量,模拟误差小于 9. 9%。

采用原位聚合法和浇注模压工艺合成出一系列经不同方法处理的炭纤维(CF) / 聚醚型聚氨酯(PU)弹性体。 通过机械性能测试,热失重分析和扫描电子显微镜等手段研究不同处理方法和 CF 含量对 CF/ PU 弹性体复合材料的物理机械性能、热性能和微观形态的影响。 结果表明,偶联剂中以胺基硅烷 KH5501、KH602 和钛酸酯类 TCA-K44 处理 CF 对 CF/ PU 复合材料的机械性能改善效果明显;硝酸氧化的 CF 对复合材料的机械性能和热稳定性均明显改善;硝酸氧化处理 CF 与 PU 间的黏接性优于偶联剂处理 CF/ PU 间的黏接性。

以聚酰亚胺(PI)纤维为前驱体,经 800 ~2800°C连续高温处理,制备出不同性能的聚酰亚胺基炭(石墨)纤维。 采用元素分析、SEM、HR-TEM、Raman、纤维强力仪、电阻率仪等分析手段研究热处理温度对炭纤维(CF)元素含量、结构形貌、力学性能、传导性能等方面的影响。 结果表明,随着热处理温度的升高,聚酰亚胺基炭纤维中碳含量从78. 97% (800°C)提高到 99. 72% (2800°C),非碳原子含量降低;聚酰亚胺基炭纤维表面缺陷数目增加且尺寸增大。 同时,纤维的微观结构也从二维乱层石墨结构向有序的三维层状结构发展,表现为石墨化程度的提高及石墨微晶尺寸的增大;炭纤维拉伸强度先增加后降低,最大拉伸强度 924. 4 MPa, 断裂伸长率降低, 电阻率减小, 热导率增加,2 800 °C 石墨化处理后纤维热导率为 228. 4 W · m ^-1 · K ^-1 ,是 800°C处理后的 50. 4 倍。

火焰法制备的非晶态“实心”炭纳米纤维内部原子排列无序紊乱,依靠常规的表征手段,难以得到其三维原子构型分布。 根据非晶态“实心”炭纳米纤维的 XRD 图谱提供的衍射强度数据,采用逆向蒙特卡罗法,重构了非晶态“实心”炭纳米纤维的微观原子构型,并对获得的模型进行充分的误差分析。 计算得到了非晶态炭纳米纤维的费米能级及其导电机制,认为其具有半导体特征;实验测量单根非晶态“实心”炭纳米纤维的电输运行为发现,其 I-V 曲线呈现对称和非线性特征,且电阻随着温度的升高而下降,进一步证明非晶态“实心”炭纳米纤维的原子构型具有一定的真实性。

采用一步法制备出有序介孔炭原位负载纳米硫化镉(CdS)粒子复合材料。 该法以酚醛树脂、硫脲、硝酸镉为前驱体,三嵌段共聚物 F127 为模板剂,最终炭化得到有序介孔炭/ CdS 纳米复合材料,并采用 XRD、BET 和 TEM 等技术对产物进行表征。 该复合材料具有有序的孔道结构,均一的孔直径(3. 4 ~4. 1 nm)和大的比表面积(554. 2 m² / g)。 纳米 CdS 粒子为较稳定的六方晶相,粒径均一,且高度分散在有序介孔炭内,随着 CdS 粒子含量的增加,介孔炭有序度降低。

以竹炭与褐煤混合料压块制备出柱状母料,500 °C炭化 30 min 后,经 0 ~21. 91% 氨水气化,850 °C活化 2 h,获得胺化竹木/ 褐煤活性炭。 采用 BET 和 XPS 研究竹木/ 褐煤活性炭的孔结构和表面化学,在 100°C 下考察活性炭对模拟烟气 (0. 1439% SO ₂ 、8. 02% O ₂ 和 10. 11%水蒸气)中 SO ₂ 的脱除性能。 结果表明,氨水活化与水蒸气活化形成的竹木/ 褐煤活性炭孔径分布类似,主要分布于 1 ~2. 5 nm,      2. 42%氨水活化制备的活性炭硫容是水蒸气活化的 1. 52 倍;两种活性炭表面有相同种类的含碳基团,氨水活化后活性炭表面出现了类吡啶或类腈基团和胺、酰胺、酰亚胺及类吡咯基团;竹木/ 褐煤活性炭的脱硫性能主要与类吡啶基团有关。

在较低氢氧化钾用量的条件下,采用一步微波辅助 KOH 活化法由煤沥青成功制备出多孔炭材料。 在 KOH/ 沥青质量比为 2 :1, 采用 30 min 微波辅助 KOH 活化所得多孔炭(PC _2-M )的比表面积达 1 786 m ² / g。 在 KOH、K ₂ SO ₄ 、Na ₂ SO ₄ 、Li ₂ SO ₄ 水性电解液及四乙基四氟化硼酸铵盐/ 碳酸丙烯酯有机电解液中,研究了 PC _2-M 电极的电化学性能。在 6 mol/ L KOH 水性电解液中,在0. 1 A/ g 的电流密度下,多孔炭电极的比容达267 F/ g; 在0. 5 mol/ L K ₂ SO ₄ 中性电解液中,多孔炭电容器的能量密度高达12. 0 Wh/ kg,对应的功率密度为 1 318 W/ kg。 因此,一步微波辅助氢氧化钾活化煤沥青是一种简单、高效且低能耗的制备超级电容器用高性能多孔炭的方法。

以固体废弃物兰炭焦末为原料,通过硼(B)掺杂及高温处理制备出改性兰炭粉末材料。 研究 B 掺杂量对其作为锂离子电池负极材料的影响。 结果表明,B 掺杂质量分数为 8%时,经 2 300 °C高温处理,兰炭的电化学性能达到最佳,首次脱锂容量为 361 mAh/ g,在 1 C 电流密度下经 300 次循环后,容量为 314 mAh/ g,表现出较为优良的循环性能。

通过多种电化学测试技术评价了石墨电极在 2. 3mol/ L H ₂ SO ₄ 溶液中的电化学活化工艺及其准电容性能。 结果表明,活化工艺宜采用恒电流阶跃技术,最佳工艺参数为:阳极电流密度为 200 mA · cm ^-2 ,阴极电流密度为-120 mA · cm ^-2 ,对应活化时间分别为 300s 和 100s,  循环 6 次。 改性后的石墨电极表面形成了多孔、粗糙的三维活性层,单位面积上具有较高的电容量(2. 08 F · cm ^-2 )和良好的倍率特性,可作为一种优异的准电容器材料。

在无外加酸体系中改变晶化温度合成 AlSBA-15 介孔材料,并以此为刚性模板, 蔗糖为碳源,合成出一系列具有不同孔结构的有序介孔炭材料 CMK-3,系统考察晶化温度对 AlSBA-15 和其反相复制结构 CMK-3 孔道结构的影响。 结果显示在无外加酸合成体系中改变晶化温度可对 AlSBA-15 的孔道结构进行有效调控, 通过结构复制技术可制备出具有不同结构的 CMK-3。 控制刚性模板 AlSBA-15 的晶化温度为 90°C,所得介孔炭材料 CMK-3 (CMK-3 (90))结构最佳,除介孔排列高度有序外, 还具有高比表面积(1688m ² · g ^-1 )和大孔容    (0. 95cm ³ · g ^-1 )。 另外,对 CMK-3 的微孔性质与刚性模板孔壁中的次级介孔结构的内在联系进行研究, 发现调变刚性模板的晶化温度可以有效改善有序介孔炭材料 CMK-3 的结构性质。

以化学气相渗透(CVI)技术制备的 2D C/ SiC 复合材料为研究对象,探讨复合材料在 700、1000 和 1300°C空气环境中发生不同形式和不同程度氧化损伤后的阻尼行为变化。 采用扫描电子显微镜(SEM)观察和分析复合材料的微结构损伤, 采用动态力学分析仪(DMA)测试复合材料损伤前后的阻尼性能。 结果表明:在700°C和1000°C空气环境中,随着氧化时间的延长,2D C/ SiC 复合材料的阻尼性能先增大后降低;而在 1300°C空气环境中,阻尼性能变化较小,且随氧化时间的延长未表现出明显的规律性。 这是由于 C/ SiC 复合材料的阻尼由炭纤维、热解炭界面和碳化硅基体,以及它们之间的相互作用共同形成。 炭纤维和热解炭界面的氧化损伤会对复合材料阻尼特性产生两种影响机制,其一是使复合材料阻尼性能增大的机制,主要来自于热解炭界面相损耗引起的界面结合强度降低;其二是使复合材料阻尼性能降低的机制,主要来自于纤维的损耗和界面区的过度破坏。 而碳化硅氧化生成的二氧化硅主要是通过影响碳相的氧化程度来影响复合材料的阻尼性能。