新型炭材料

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2019, 34(5): .

摘要(99)

PDF(112)

摘要:

苯酚存在下制备的还原氧化石墨烯水凝胶的电化学性能

高湘丽, 刘翠仙, 韩高义, 宋华, 肖尧明, 周海涵

2019, 34(5): 403-416. doi: 10.1016/S1872-5805(19)60022-3

摘要(416)

PDF(252)

摘要:
在苯酚存在下，通过水热法制备了还原氧化石墨烯水凝胶（rGOHPhs），详细地对样品进行了表征并系统地研究了氧化石墨烯与苯酚的比例和水热处理温度对所得水凝胶电容性能的影响。结果表明，制备的样品都具有三维网络结构，与不存在苯酚时制备的水凝胶（rGOHs）相比，在优化条件下制备的rGOHPhs的比表面积（422 m² g^-1），但具有大的总孔体积，说明在制备过程中，苯酚既有还原作用还具有结构调节作用。以制备的水凝胶为电极材料，组装了对称电化学电容器并采用两电极法对其性能进行了测试。发现在1 mV s^-1的扫描速率下，材料的比电容可达260.0 F g^-1，远大于rGOH的182.5F g^-1；并且rGOHPhs具有良好的倍率性能和循环稳定性，在500 mV s^-1的电流密度下其比电容值仍达138.1 F g^-1；经过12 000圈循环，仍可保留其初始电容值的98.3%。基于电极材料质量，在功率密度分别为0.125和16 kW kg^-1时，组装的电容器的能量密度可达8.9和2.0 Wh Kg^-1。这种发达的多孔网络归因于苯酚及其氧化产物醌吸附在rGO表面作为间隔和氧化还原对来提供赝电容。

结构稳定、散热量大的柔性纳米碳管@热解炭复合纸的制备

刘雪松, 付前刚, 王慧, 魏亚龙, 宋强

2019, 34(5): 417-425. doi: 10.1016/S1872-5805(19)60023-5

摘要(442)

PDF(213)

摘要:
通过在纳米碳管纸上沉积热解炭层的方法来提升其结构稳定性并保持其优异的性能。这种纳米碳管@热解炭复合纸可以被切割成任意形状而无开口式破裂。在500次往复弯曲后，其内部结构仍保持完整。弯折前后，复合纸的拉伸强度从8.58 MPa提升至11.41 MPa，这是因为内部纳米碳管取向更加趋于一致。复合纸的热扩散率和散热量几乎保持不变，并接近同尺度的铜箔，这归功于纳米碳管增强的热解炭层及内部纳米碳管网络在变形过程中没有损伤。故这种复合纸有望作为一种轻质柔性的散热材料。

纳米银颗粒原位生长于氧化石墨烯银盐纳米复合材料的简易合成及其抗菌性能

熊开容, 梁业如, 欧阳毅, 吴丁财, 符若文

2019, 34(5): 426-433. doi: 10.1016/S1872-5805(19)60024-7

摘要(344)

PDF(203)

摘要:
可防治感染性疾病的先进抗菌材料一直是社会的重大需求。目前，各式各样含银纳米抗菌材料已被合成出来，并被认为可应用于许多商业产品领域中。然而，整合与创新基于纳米银的微/纳米结构，对于制备得到性能优异的抗菌剂仍颇具挑战性。基于此，利用简易的超声混合方法，成功合成了一类纳米银颗粒原位生长于氧化石墨烯银盐的纳米复合材料。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪、X-射线衍射分析仪和X-射线光电子能谱仪等现代分析手段对所得材料纳米结构进行了研究。结果表明，氧化石墨烯不仅可作为带负电荷的大分子捕获大量带正电的银离子，还可作为还原剂将银离子原位还原成纳米银粒子，由此得到了在氧化石墨烯表面同时含有均匀分散的纳米银粒子和银离子的杂化结构。这一先进结构使得所制备的纳米复合材料可充分利用银纳米粒子及氧化石墨烯银盐二者的优势，对金葡菌和大肠杆菌表现出强的抗菌活性和持久的抗菌能力，是一种高效的抗菌剂。

核桃壳生物油蒸馏残渣制备活性炭

唐国徐, 张立强, 朱谢飞, 朱锡锋

2019, 34(5): 434-440.

摘要(583)

PDF(241)

摘要:
以核桃壳生物油蒸馏残渣为原料，采用KOH活化法制备活性炭。研究了不同炭化温度和升温速率对制备活性炭孔隙结构的影响，并采用傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等方法对炭化料和活化料进行表征。结果表明，炭化温度和升温速率均会影响炭化料的碳质微晶尺寸和表面官能团强度，核桃壳生物油蒸馏残渣在升温速率10℃/min、炭化温度400℃（2 h）和KOH活化1h（碱炭比为3∶1）条件下得到的比表面积最大，为2 056 m²/g，碘吸附值为1 891 mg/g，亚甲基蓝吸附值为407 mg/g。本实验为生物油蒸馏残渣的利用提供了一种新的途径。

氧化石墨烯-锰氧化物复合物的制备及对铀的吸附性能

杨爱丽, 朱玉宽, 李萍, 杨鹏

2019, 34(5): 441-446.

摘要(504)

PDF(118)

摘要:
为了改进吸附性能和后处理过程中固液分离的简便性，采用改进的Hummers法合成氧化石墨烯（GO），再通过超声法将其与锰氧化物（Mn_xO_y）进行复合获得复合型吸附剂GOMO，并用红外光谱仪（FTIR）、拉曼（raman）光谱、扫描电子显微镜（SEM）及光电子能谱（XPS）对产物结构和形貌进行表征。考察溶液pH值、离子强度、吸附时间和铀溶液初始浓度对GOMO吸附行为的影响，同时对吸附机理进行初步探索。结果表明，GOMO对铀具有很好的吸附性能，溶液吸附效果有显著的影响。对于初始浓度为10 mg/L的含铀溶液，二者均可在短时间内达到近100%的去除率，吸附量分别为75.46 mg/g和143.34 mg/g。GOMO对铀的吸附过程符合Langmuir模型和准二级动力学模型。在核废液处理的实际应用中，GOMO对铀的去除效果明显优于GO。

石墨烯对树莓组培苗生长发育影响

胡晓飞, 赵建国, 高利岩, 王海雁, 邢宝岩, 姚建忠, 周玉泉, 薛斌龙, 薛伟

2019, 34(5): 447-454.

摘要(540)

PDF(168)

摘要:
以树莓继代组培苗为试材，研究了不同质量浓度的石墨烯对树莓组培苗的长势及其不定根发育的影响。采用激光粒度仪、扫描透射电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪及拉曼光谱仪对石墨烯进行表征。利用LA-S根系分析系统和扫描电子显微镜对组培苗的苗高、根长、根比表面积、分叉数、根尖数及根部微观形态进行系统表征，并确定树莓组培苗生长的最适石墨烯浓度。结果表明，随着石墨烯浓度的增加，树莓的苗高、根长、根尖数、根的比表面积均表现为先增加后减小的趋势。石墨烯最佳浓度为2 mg·L^-1，组培苗的苗高是对照组的1.46倍，其根长、比表面积、根尖数及分叉数约为对照组的2倍。

磁功能化多孔生物质炭复合材料的制备及吸波性能

杨期鑫, 俞璐军, 董余兵, 傅雅琴, 朱曜峰

2019, 34(5): 455-463.

摘要(519)

PDF(152)

摘要:
采用高温炭化和水热法制备了兼具介电损耗和磁损耗特性的磁功能化生物质炭（Fe₃O₄/多孔生物质炭）吸波材料。在200℃水热条件下，随着FeCl₃浓度的增加，PLSC表面生成的聚集态Fe₃O₄纳米晶粒有所增加，颗粒大小规整，平均粒径约为200 nm。通过矢量网络分析仪探讨了磁材料含量、复合材料的形貌结构对吸波性能的影响，并分析了多重损耗吸波机理。结果表明，在2~18 GHz范围内，当FeCl₃浓度为4 mmol时制备的磁功能化生物质炭复合吸波材料具有最佳的吸波性能，在厚度为2 mm时，其在11.42 GHz处的最大反射损耗值可达-42.2 dB，有效频宽达3.14 GHz（反射损耗小于-10 dB）。

Al_1.92Cr_0.08O₃-SiC-ZrC耐烧蚀复合涂层微结构与烧蚀行为

彭峥, 孙威, 熊翔, 陈招科, 王雅雷, 徐永龙

2019, 34(5): 464-471.

摘要(667)

PDF(155)

摘要:
结合低压等离子喷涂和料浆法，在C/C-ZrC-SiC复合材料表面制备新型多元氧化物-碳化物复合陶瓷涂层，并通过掺杂过渡元素Cr来提升涂层整体热稳定性能。采用XRD和SEM等手段分析复合涂层的相组成和微观结构，并研究所制复合陶瓷涂层在2 500℃氧乙炔烧蚀环境中的协同抗氧化烧蚀行为。结果显示，有Al_1.92Cr_0.08O₃-SiC-ZrC复合涂层保护的样品烧蚀性能相比于无涂层的C/C-ZrC-SiC基体有明显提升，烧蚀120 s后的质量烧蚀率和线烧蚀率分别下降了66%和76%。烧蚀后样品表面形成了独特稳定的复合多元氧化物防护结构，其高熔点ZrO₂骨架，Al_1.96Cr_0.04O₃-SiO₂熔融相弥合其中的连续结构赋予了复合材料较好的抗烧蚀能力。

高温热处理C/C对C/C配对C/C-SiC摩擦学性能的影响

欧阳曦, 李专, 肖鹏, 陈冠一, 李金伟, 刘鹏飞

2019, 34(5): 472-481. doi: 10.1016/S1872-5805(19)60025-9

摘要(327)

PDF(199)

摘要:
采用化学气相渗透法（CVI）工艺制备C/C复合材料，然后在2 300℃处理其中一个C/C试样。通过化学气相渗透法结合液体硅渗透法（LSI）制备C/C-SiC复合材料。为了提高制动的稳定性并期望克服C/C和C/C-SiC自磨的缺点，在MM-3 000型摩擦磨损试验机上研究了C/C配对C/C-SiC摩擦副的摩擦学性能。结果表明，经2 300℃高温热处理（HTT）的C/C配对C/C-SiC的平均摩擦系数（COF）为0.280，稳定摩擦系数为0.65，而没有经过高温热处理的C/C配对C/C-SiC摩擦副的平均摩擦系数及稳定摩擦系数分别为0.451和0.55。经过2 300℃高温热处理和没经过高温热处理的C/C的线磨损率分别为8.9 μm/（slide cycle）和3.7 μm/（slide cycle）。由于高温热处理会引起碳软化，导致了经过2 300℃高温热处理的C/C磨损率增加。总之，经过高温热处理的C/C配对C/C-SiC在提高稳定摩擦系数的同时不能改善其他摩擦磨损性能。C/C配对C/C-SiC的磨损机理主要是磨粒磨损，氧化磨损和疲劳磨损。

炭纤维上浆剂对浮沉法体密度测试的影响

潘月秀, 方圆, 韩大为, 宋轶军, 李龙, 高建丽, 朱世鹏, 杨云华

2019, 34(5): 482-488.

摘要(354)

PDF(139)

摘要:
对上浆剂去除前后的炭纤维进行了体密度、上浆剂含量和微观形貌测试分析。结果表明，未除浆样品在浮沉法体密度测试时分层，上层样品絮集严重，上浆剂在纤维表面堆积明显，含量约为2.17%；下层样品轻微絮集。采用丙酮萃取法除浆，测得上浆剂含量为1.20%，除浆样品在浮沉法体密度测试时依然分层，上层样品轻微絮集，有少量上浆剂堆积，下层样品分散均匀。采用450℃热解法除浆，测得上浆剂含量为1.53%，除浆样品在密度液中分散均匀，表面无上浆剂堆积。扫描电镜观察及理论分析表明，炭纤维表面上浆剂残留及不均匀分布引起样品密度不均一，是导致浮沉法体密度测试分层的主要原因；表面上浆剂去除越充分，体密度测试结果准确性越高；比较而言，高温热解是去除炭纤维表面上浆剂的更有效方式。

石墨烯氧含量对炭纤维/石墨烯/环氧树脂复合材料力学和电磁屏蔽性能的影响

李烨, 刘世泰, 孙健明, 李爽, 陈俊林, 肇研

2019, 34(5): 489-498. doi: 10.1016/S1872-5805(19)60026-0

摘要(591)

PDF(168)

摘要:
采用湿法制备预浸料成型炭纤维/石墨烯/环氧树脂复合材料，研究石墨烯片层的含氧量对炭纤维/石墨烯/环氧树脂复合材料力学性能与电磁性能的影响。结果表明，部分还原石墨烯可以同时提高复合材料的力学性能与电磁屏蔽性能，并且能保持复合材料的热性能。采用直接沉积和间接沉积对石墨烯进行界面沉积，以深入地研究还原石墨烯在复合材料界面处的增强机理。单丝断裂测试结果表明，直接沉积石墨烯使得界面剪切性能降低26.3%，而间接沉积石墨烯提升21.1%界面剪切性能，且石墨烯主要通过增韧机理进行界面增强。本研究制备的炭纤维/石墨烯/环氧树脂复合材料具有优异的综合性能和广阔的应用前景。

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