新型炭材料

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2016, 31(2): 1-1.

摘要(46)

PDF(13)

摘要:

二维纳米材料的自上而下制备:可控液相剥离

邵姣婧, 郑德一, 李政杰, 杨全红

2016, 31(2): 97-114.

摘要(1097)

PDF(2101)

摘要:
二维纳米材料独特的结构特征赋予了其众多的优异性质,充分利用这些特性有利于实现新材料的制备和新产品的开发,而二维纳米材料的规模化可控制备是实现其广泛应用的必要前提。在众多制备二维纳米材料的各类方法中,基于层状前驱体的液相剥离法以其较高的效率和良好的操控性等优点受到了广泛关注。本文详细阐述了二维纳米材料的优异特性及其潜在应用,并以目前研究最为广泛的几种二维纳米材料为例,重点介绍了几种常见的基于三维层状晶体的液相剥离以制备二维纳米材料的方法,最后对各种液相剥离法的适用性进行总结,并对二维纳米材料的发展前景进行展望。

高结晶度片状钛酸锂/石墨烯复合材料的可控制备及其电化学性能

董海勇, 贺艳兵, 李宝华, 康飞宇

2016, 31(2): 115-120.

摘要(638)

PDF(809)

摘要:
以氧化石墨烯为模板剂,N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂,通过溶剂热法制备高结晶度、片状结构钛酸锂/石墨烯复合电极材料(NMP-LTO/G)。与未添加氧化石墨烯的样品NMP-LTO相比,样品NMP-LTO/G的片状结构更好,结晶性与电化学性能明显提高。讨论氧化石墨烯作为模板剂的作用机理;基于双亲性结构特征和表面活性剂的特点,在复合材料制备过程中,氧化石墨烯与碱性条件、有机溶剂等产生协同作用,有利于高结晶度片状结构NMP-LTO/G复合材料形成。

原位聚合法与溶液混合法制备石墨烯/聚酰亚胺复合材料及其性能

马朗, 王国建, 戴进峰

2016, 31(2): 129-134.

摘要(1328)

PDF(1423)

摘要:
利用化学氧化还原法制备出石墨烯。通过原位聚合法及溶液混合法制备出石墨烯/聚酰亚胺复合材料,考察不同复合材料制备方法对其机械性能及导电性能的影响,并对其作用机理进行探讨。结果表明,制备的石墨烯为二维的单层或寡层材料,加入到聚酰亚胺中能够增强其机械性能及电导率。相比溶液混合法,采用原位聚合法时石墨烯在聚酰亚胺基体中分散更均匀,对其团聚作用有更好的抑制作用,制备的复合材料性能更优异。采用该法加入石墨烯的量为1.0 wt%时,拉伸强度达到了132.5 MPa,提高了68.8%;加入量增加到3.0 wt%时,电导率达6.87×10^-4S·m^-1,提高了8个数量级,对聚酰亚胺的性能有显著的增强作用。

废米糠制备炭纳米颗粒及其对金属离子的光学传感性能

Peggy Zhen Zhen Ngu, Stephanie Pei Phing Chia, Jessica Fung Yee Fong, Sing Muk Ng

2016, 31(2): 135-143. doi: 10.1016/S1872-5805(16)60008-2

摘要(748)

PDF(559)

摘要:
以废米糠为原料,浓硫酸为脱水剂,通过炭化法制备出炭纳米颗粒(CNPs),探讨CNPs荧光发射特征、金属离子的淬灭效应以及作为Sn(Ⅱ)离子传感材料应用。CNPs产率最佳条件为:硫酸浓度12 mol/L、加热温度120℃及恒温时间30 min。样品在水中强蓝光的最大发射波为439 nm。通过加入金属离子,使金属离子与CNPs表面间形成复合物而淬灭荧光。Sn(Ⅱ)离子对CNPs荧光具有显著的淬灭效应。Sn(Ⅱ)离子浓度对淬灭效应符合Stern-Volmer线性关系,Sn(Ⅱ)离子为6.13 mmol/L。Sn(Ⅱ)离子的检测限为18.7μmol/L。

棉纤维在亚临界水液中炭化形成炭微球

史晟, 戴晋明, 侯文生, 张永芳, 王淑花, 陈旭红

2016, 31(2): 144-150.

摘要(612)

PDF(599)

摘要:
为了寻找一种废旧棉纤维的高效再利用方法,从棉纤维的化学结构着手,结合亚临界水的特殊性质,采用水热法使棉纤维炭化生成附加值较高的炭微球。探讨棉纤维在亚临界水中炭化成球的最优条件,并分析棉纤维炭化的反应过程及水热产物的表面物理结构和微观化学组成。结果表明,棉纤维在280℃,10 h,20 g/L条件下,炭微球的形貌最佳,含碳量达到74.99%,粒径为0.8~3μm。水热产物主要以无定形碳结构形式存在,且含有大量的芳香环结构和脂肪族基团,具有较强的亲水性,表面C/O质量比高于水热产物平均C/O质量比。棉纤维的炭化主要是经水解,裂解,聚合、凝结、芳香化、胶体作用而形成。

碳纳米管改性乳液上浆剂对炭纤维复合材料界面性能的影响

曹莉娟, 杨禹, 吕春祥

2016, 31(2): 151-158.

摘要(614)

PDF(631)

摘要:
采用碳纳米管改性环氧树脂乳液上浆剂和未改性上浆剂对聚丙烯腈(PAN)基炭纤维进行表面上浆。通过激光粒度仪研究两种乳液的稳定性。采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线光电子能谱仪(XPS)与原子力显微镜(AFM)研究未改性及改性上浆炭纤维的表面结构,并用HM410界面评价装置研究炭纤维复合材料的界面性能。结果表明,碳纳米管改性后,乳液稳定性得到提高。上浆后,炭纤维表面粗糙度增加73.1%,同时接触角减小11.9%,且炭纤维表面的含氧官能团含量增加45.96%。此外,改性炭纤维复合材料的界面性能得到明显改善。当碳纳米管在上浆剂中质量分数为0.75 wt%时,炭纤维单丝的界面剪切强度较之未改性炭纤维提高14.7%。

炭基体种类对炭/炭复合材料内耗行为的影响

杨威, 罗瑞盈, 侯振华, 张铀, 商海东, 郝名扬

2016, 31(2): 159-166. doi: 10.1016/S1872-5805(16)60009-4

摘要(487)

PDF(529)

摘要:
通过化学气相沉积(CVI)和化学气相沉积与先驱体转化结合(CVI+PIP)的方法,制备了三种不同炭基组织结构的炭/炭复合材料。三种基体分别是光滑层基体(SLC)、粗糙层基体(RLC)和混合双基体(DMC)(过度生长锥基体+呋喃树脂炭基体)。对这三种复合材料样品进行微观组织结构和动态力学性能表征。结果表明,内耗主要来源于炭基体缺陷的运动、纤维/基体界面的滑移和炭平面的滑移。复合材料的内耗对于温度和振幅变化非常敏感,但频率的变化对复合材料的的内耗影响不大。混合双基体具有最高的缺陷密度和最高的内耗,粗糙层基体具备较完美的炭平面和最低的内耗。炭基体的微观组织结构是影响内耗的关键因素,由于光滑层基体、粗糙层基体和混合双基体的微观结构的区别,导致在不同基体中出现了不同的内耗行为。在室温状态下,基体中缺陷和纤维/基体的界面的运动可能是影响内耗的主要因素,随着温度的升高,内耗的贡献可能主要来源于炭平面的滑移,而且我们还发现动态模量与缺陷密度存在一定关联。

炭/炭复合材料热解炭基体微观结构转变动力学

黄清波, 张丹, 白瑞成, 李爱军, 孙晋良

2016, 31(2): 167-175.

摘要(581)

PDF(493)

摘要:
对热解炭沉积和织构形成过程进行动力学建模,重点分析C/C复合材料CVI制备工艺中基体炭形成时中织构/高织构(MT/HT)热解炭之间轮廓分明的急剧转变现象。基于Langmuir-Hinshelwood(L-H)理论和Particle-filler(P-F)概念模型,将MT和HT热解炭作为炭的两种亚稳相,以气相中占优的两种中间组分作为基体炭前驱体(线性小分子烃和小分子芳香烃),考虑基体表面单分子沉积形成MT热解炭和P-F双分子反应形成HT热解炭的过程,建立包含吸附/解吸附/脱氢的多步非均相热解炭沉积和织构形成反应动力学模型,研究该动力学系统达到稳态时热解炭随气相组成变化的情况。结果表明,热解炭沉积和织构形成过程曲线呈现"S"型特征,该曲线的线性稳定性分析表明热解炭沉积中的织构转变是一个包含迟滞区间的双稳态过程,进一步的计算表明此迟滞区间的大小明显受初始直链烃浓度以及沉积温度的影响。

T700级炭纤维复合材料性能对比

彭公秋, 石峰晖, 王迎芬, 李国丽, 郑洪亮, 张宝艳, 谢富原

2016, 31(2): 176-181.

摘要(1603)

PDF(669)

摘要:
测试了不同规格T700级炭纤维的表面形貌和起毛量,设计和模拟预浸料制备过程中的炭纤维损伤实验,考察了预浸料制备过程中各关键环节的炭纤维力学性能,并测试了复合材料基本力学性能和观察了复合材料90°拉伸破坏试样断面形貌,最后结合上述实验结果对T700级炭纤维复合材料基本力学性能进行了对比与分析。结果表明,A-3K和A-12K炭纤维表面粗糙度大,炭纤维与树脂基体机械锚定力大,可在一定程度上提高复合材料界面黏结性能;T700SC-12K炭纤维表面光滑,准直度较高,耐磨性最好,预浸料制备过程中炭纤维损伤最小,炭纤维性能转化率最高,T700SC-12K/QY9611复合材料0°拉伸强度最高;A-12K/QY9611复合材料界面性能与A-3K/QY9611复合材料相当,但拉伸性能略低。

A3-3基体石墨的氧化行为

周湘文, 卢振明, 李馨楠, 张杰, 刘兵, 唐亚平

2016, 31(2): 182-187. doi: 10.1016/S1872-5805(16)60010-0

摘要(545)

PDF(563)

摘要:
采用自行搭建的热重实验平台对798~973 K温度范围内温度对A3-3基体石墨的氧化行为进行研究,氧化剂为100 mL/min的空气。不同温度下石墨试样均被氧化至失重10%~15%。结果表明,基体石墨的氧化速率(OR)随着温度的升高显著提升,温度为973 K时基体石墨的OR约为798 K时的70倍。虽然973 K时氧气供给速率与平均碳消耗速率的比值仅为4.3,但石墨OR的Arrhenius曲线依然保持了很好的线性关系,表明该温度下基体石墨的氧化机理没有发生改变。在798-973 K温度范围内,A3-3基体石墨在空气中的氧化均处于化学区,其活化能为176 kJ/mol,Arrhenius氧化方程可描述为:OR=2.9673×10⁸·exp(-21124.8/T),单位为wt%/min。与堆内的核级结构石墨相比,基体石墨的活化能相对较低,说明基体石墨在空气中更易被氧化,这主要跟基体石墨中含有未完全石墨化的树脂炭有关。

TiB₂/ZrB₂-C自生复合材料涂层的制备与表征

杨金华, 刘占军, 王立勇, 郭全贵, 宋进仁, 刘朗

2016, 31(2): 188-198.

摘要(533)

PDF(293)

摘要:
通过加热TiB₂及ZrB₂粉末与等静压炭块至共熔点以上的方法制备出新型炭/陶复合材料涂层TIB、ZRB-1与ZRB-2。结果表明,所制自生复合材料涂层的表层与内部结构明显不同,表层由B掺杂的高度有序石墨构成,内部由TiB₂-C或ZrB₂-ZrC-C合金组成。TIB、ZRB-1与ZRB-2涂层中石墨的d₀₀₂值分别为0.3359、0.3360与0.3354 nm,接近或等于单晶石墨的d₀₀₂值(0.3354 nm),表明高度有序石墨结构的形成。3种涂层内部石墨的拉曼光谱中D峰、D'峰明显,2D峰强度低及G峰向高波数偏移,这些特征是由石墨碳网格结构中B掺杂所致。此外,ZrB₂粒径小有利于涂层表层应力的释放。

微波法制备硫/膨胀石墨复合材料及其锂硫电池性能

朱福良, 杨志, 赵金平, 赵薪

2016, 31(2): 199-204. doi: 10.1016/S1872-5805(16)60011-2

摘要(698)

PDF(928)

摘要:
采用简单的微波辅助的方法成功制备了硫/膨胀石墨复合材料。膨胀石墨可以用作锂硫电池中阴极的微型容器及集流体。通过控制硫与膨胀石墨的配比成功控制了复合材料中硫颗粒的大小。当硫与膨胀石墨的比例为10:1时,可以得到相对较均匀的硫颗粒。同时研究了不同条件下所制样品的锂硫电池性能。结果表明,硫的含量与硫颗粒的大小对锂硫电池的容量非常重要。当硫与膨胀石墨的比例为10:1时,在0.1 C放电速率下,复合材料具有最高的放电容量1020 mAh·g^-1。

热胀离解法研究结合胶填料网络性能

宋亦兰, 陈建, 附青山, 张华知, 谢纯

2016, 31(2): 205-212.

摘要(481)

PDF(503)

摘要:
通过分析结合胶离解温度曲线,研究填料与橡胶之间的作用力。采用溶剂法分别制得6种不同填料的结合胶,探索结合胶的最佳解离时间,分析结合胶微观形貌结构、热胀离解温度及硫化后的宏观性能。结果表明,白炭黑在常温下体现出优异的补强性能,但在高温下的键能较弱;高结构炭黑在低温至高温下都表现出优良的补强性和成键稳定性,且硫化胶具有最优的定伸应力和拉伸强度;普通炭黑在低温和高温下的各项性能都处于中等,但在超高温下,其补强性能表现最为优异。

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