石墨层间化合物成阶过程分析

主要从插层剂插入石墨、插层剂的扩散和阶结构的转变3个方面对石墨层间化合物成阶相关的过程进行讨论。从表面扩散、成核和电子转移3个方面介绍了插层剂进入石墨层间的过程;利用单相的方法分析了层内插层剂的扩散;从有无阶数变化两个方面讨论了阶结构的转化机制。     

石墨层间化合物在插层过程中阶的转变模式

应用原位ＸＲＤ（Ｘ射线衍射）法，研究了石墨层间化合物（ＣＩＣ）在插层过程中阶次的转变模式。结果表明：不同的插层体系和插层条件产生不同的成核和扩散情况，从而导致在插层过程中试样的不同阶次转变模式。     

插层PAN基碳纤维的结构表征与稳定性研究

采用混合熔融盐法成功地合成了以PAN基高模量碳纤维作宿主，FeCl3作插层剂的石墨层间化合物，采用XRD技术对其层间结构进行了表征，结果证明所得产物内部已经形成混阶的阶结构。通过扫描电镜（SEM）观察了其形貌的变化，同时利用X射线能谱仪（EDS）测定了各元素的相对含量。同时对插层碳纤维的稳定性进行了初步研究。     

Fe-膨胀石墨插层复合物EGIC的制备与表征

用熔盐法合成了FeCl3膨胀石墨层间化合物（FeCl3-EGICs）,并对I阶结构的FeCl3-EGICs进行了混合气氛下的还原反应,得到了含有单质铁的膨胀石墨插层复合物Fe-EGIC,其特征层间距为0.587-0.588nm。对还原前后的插层复合物进行了阶结构、热性能、电性能的表征与分析。发现FeCl3-EGIC在空气中具有良好的结构稳定性,及在受热环境中具有较高的热稳定性,并通过电导率测试发现,所制备的插层复合物的电导率较原始石墨有所提高。     

多层石墨烯插层化合物的制备及电导率调控研究

由于多层石墨烯的低载流子密度限制了其电导率,为了提升石墨烯电导率,通过两温区气相插层方法制备了基于激光诱导石墨烯(LIG)的一阶与二阶石墨烯插层化合物,利用XRD、扫描电子显微镜、拉曼光谱等对插层化合物进行形貌和结构表征,用标准的四探针法测试了电导率。结果表明该化合物很好的保留了LiG的三维多孔结构,为电子传导提供了快速通道;其电导率由纯LIG的634 S/m提高到一阶插层的943 S/m和二阶插层的1 306 S/m,且插层过后仍然能够较完整的转移到其他基面,结构没有破坏。插层过程是由插层剂从中心向边缘逐渐扩散形成的,插层剂分子在插层过程中的剧烈运动,LiG表面发生破损。     

石墨层间化合物在压强下的稳定性

我们探究了一阶氯化铁石墨层间化合物(FeCl3-GICs)在单轴压力下的稳定性。通过分析一阶氯化铁石墨层间化合物在不同压强下X射线图谱的变化,我们发现在单向压强低于528MPa时,FeCl3-GIC会保持稳定状态。然而当进一步增大压强后,FeCl3-GIC将变得不稳定和脱插,在更大的单轴压强下甚至可以使一阶FeCl3-GIC改变到更高阶的石墨层间化合物,我们认为氯化铁石墨层间化合物在单轴压力下的脱插是在键的断裂和线缺陷的协助下完成的。     

气相扩散法制备石墨层间化合物述评

本文从碱金属-石墨层间化合物、碱土金属-石墨层间化合物、稀土金属-石墨层间化合物、金属卤化物-石墨层间化合物、卤素-石墨层间化合物以及其他类型的石墨层间化合物六个方面简要介绍了气相扩散法在石墨层间化合物制备中的应用,指出了气相扩散法存在的问题和进一步的发展方向.     

钾—石墨层间化合物形成过程的初步研究

本文借助于X射线衍射分析,对钾—石墨层间化合物形成的动力学过程进行了研究。研究结果发现:钾—石墨层间化合物在由3阶向2阶转化的过程中出现中间相(2—4)阶。通过对1阶钾—石墨层间化合物在高温低压下的相转变研究,证明3阶与2阶相互转化过程中结构变化的过程是可逆的。     

混酸插层制备膨胀石墨研究

对采用H2SO4-HNO3-KMnO4-H2O2混酸氧化插层体系制备膨胀石墨进行了研究,采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、红外光谱（IR）和热重一差热法（TG-DTA）分析产物,并提出了氧化插层过程和机理。分析表明：插入剂的插入破坏了原有鳞片石墨层的紧密结构,使碳层间距增大,高温膨胀后,膨胀石墨呈蠕虫状或手风琴状蓬松结构,一个石墨蠕虫由许多微胞连接在一起组成,微胞之间呈现较大的狭缝裂开。氧化插层破坏了鳞片石墨原有的晶体结构,但是未破坏石墨的C—C键,20=29．5。处的特征峰是由石墨插层物结晶区引起的。可膨胀石墨片层。间存在SO4^2-、NO2阴离子插层物。可膨胀石墨在500℃之前的热失重和267℃附近较小的放热峰,均是由石墨插层物的气化、分解所致。     

过氧乙酸用量对石墨插层效果的影响及其氧化插层机理

以过氧乙酸为氧化剂,通过化学氧化法制备了不同插层效果的可膨胀石墨。利用XRD、FT-IR、SEM等对样品结构、氧化程度、微观形貌进行表征。结果表明,过氧乙酸对石墨有显著的氧化插层效果,在石墨与过氧乙酸体积比为1∶3时制备的可膨胀石墨的膨胀容积达到200 m L/g,其主要技术指标优于国标GB 10698—89中KP 180-Ⅲ型优等品的要求。过氧乙酸氧化机理在于其—COO~-可从石墨层夺取电子,导致石墨被氧化,打开石墨层,插层剂因静电作用进入石墨层间,形成可膨胀石墨。该方法所采用的过氧乙酸由于其成本低、环保等特点,有望应用于膨胀石墨的生产。     

石墨插层技术的筛选和应用现状

简述了我国近年来可膨胀石墨的制备方法、开发利用现状,概述了可膨胀石墨在环保、密封、电池、防火阻燃、电子散热、生物医学、军事等领域的应用;重点总结了制备可膨胀石墨的方法和常用的氧化剂和插层剂,介绍了可膨胀石墨制备中氧化插层剂的筛选应用现状与不足;展望了膨胀石墨未来的研发趋势,指出未来插层与膨胀过程的有机结合将大有可为。     

制备低硫高倍数膨胀石墨优化工艺条件的研究

研究了以化学氧化法制备膨胀石墨时,原料石墨含硫量、氧化剂、插层剂、酸化、水洗与干燥工艺、膨化工艺等因素对膨胀石墨含硫量和膨胀倍数的影响,提出了制备低硫高倍数膨胀石墨的优化工艺条件.即插层前对原料石墨进行降硫处理;选用65%的浓HNO3或是30%的双氧水为氧化剂;以浓H2SO4与有机物混合液为插层剂;酸化反应的时间、温度随氧化剂、插层剂不同而变化;以50～60 ℃的去离子水水洗石墨层间化合物至pH为6～7;在55 ℃的烘箱内干燥45 min或在日光下晾干(90 min);膨化温度为1 000 ℃;膨化时间为60 s.结果表明:以此工艺制得的膨胀石墨,膨胀倍数在230 N以上,含硫量为1 000×10-6左右.     

用熔盐法合成Fe／Cl3—ZnCl2三元石墨层间化合物

本工作用熔盐法合成了FeCl_3—ZnCl_2三元石墨层间化合物,讨论了熔盐配比、反应温度及反应时间等合成条件对层间化含物阶结构的影响。     

分步插层法制备含磷化合物插层GIC的研究

本文采用化学氧化直接插层和分步插层法制备含磷化合物插层GIC,通过对GIC的受热失重变化及膨胀前后石墨层间结构变化的研究表明:直接插层体系的最佳工艺条件为石墨∶H2SO4∶K2Cr2O4(质量比)=1∶4.92∶0.1;分步插层法制备含磷化合物插层GIC的最佳工艺条件为:对直接插层产物水洗pH值为3后,用含磷化合物溶液在30℃下浸泡1h。分步插层法所制得含磷化合物插层GIC的抗氧化性能提高。X-射线衍射(XRD)对GIC的结构研究表明,插层后石墨层间距离发生了显著变化。     

低温可膨胀石墨的制备及插层过程特性

可膨胀石墨作为一种新型功能性碳素材料应用广泛,尤其在防火阻燃材料中备受关注,但由于膨化温度过高而在实际生产中受到限制。现以50目天然鳞片石墨为原料,以KMnO_4/HClO_4/NH_4NO_3作为氧化插层体系,探索低温高倍率可膨胀石墨的制备工艺,采用XRD、FTIR和SEM对鳞片石墨、可膨胀石墨及膨胀石墨的结构、形貌和官能团进行了表征和分析。获得插层最佳反应条件为石墨∶KMnO_4∶HClO_4∶NH_4NO_3(质量比)=1∶0.45∶8∶0.12,连续搅拌15min,搅拌速度200r/min,起始膨胀温度为150℃,400℃下膨胀容积为430m L/g。分析表明:经插层后石墨层边缘和层间接枝了插层剂的含氧基团,导致晶体结构完整性下降,层间距增大,层内结构未发生变化。经膨胀后,低温气化的酸根离子呈气体逸出,撑开石墨片层形成丰富的孔隙结构。     

界面涂层对碳纤维增强锂铝硅玻璃陶瓷复合材料力学性能影响的研究

采用溶胶凝胶法在碳纤维表面制备了Li2O/SiO2涂层,采用XRD技术对其层间结构进行了表征.结果表明在所得碳纤维的表面层形成了二阶的插层结构的石墨层间化合物,聚丙烯腈基碳纤维作宿主,锂离子作插层剂的,该插层化合物的生成提高了碳纤维增强锂铝硅玻璃陶瓷复合材料的抗弯强度.     

石墨层间化合物阶结构的标定方法

阶作为表征石墨层间化合物的主要参量之一,在对石墨层间化合物的结构研究中起着重要作用。本文依据晶体材料X射线分析原理,结合石墨层间化合物的结构特性,对几种阶结构的标定方法进行了介绍和分析。     

水热剥离法制备氧化石墨烯及其结构性能与应用

基于水热剥离法,以膨胀石墨为原料和阳离子表面活性剂为插层剂制备出氧化石墨烯。利用X射线衍射、红外光谱、拉曼光谱、热失重法和冷场扫描电镜等表征了水热处理后的膨胀石墨的晶体结构、表面官能团和形貌等,并初步研究了处理后的膨胀石墨对聚乙烯醇(PVA)薄膜的力学增强作用。结果表明:阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵对膨胀石墨的剥离效果最好,97.6%的膨胀石墨形成了非晶的剥离层,即无规分散的氧化石墨烯片层,1.8%的膨胀石墨经插层剂处理后层间距增大,形成插层结构;添加质量分数为1.0%的经阴离子表面活性剂处理的膨胀石墨即可明显提高PVA薄膜的拉伸断裂强度。     

石墨掺杂马来酸酐/丙烯酸聚合物复合材料的制备

实验通过对石墨添加聚合物对石墨进行改性,提高石墨聚合物的导电性。实验过程以过硫酸铵为聚合引发剂,将马来酸酐和丙烯酸合成AA-MA聚合物,利用插层法制备膨胀石墨掺杂AA-MA聚合物导电复合材料。通过XRD分析表明,聚合物已经插入石墨层间。FT-IR分析表明,石墨中含有聚合物。     

微波膨化钾-四氢呋喃-石墨层间化合物制备膨胀石墨

为了开发一种在无硫酸介入下制备膨胀石墨的新工艺,达到无有害硫残余的目的,以钾-四氢呋喃-萘的有机络合物溶液为介质,用电化学法合成了钾-四氢呋喃-石墨层间化合物,并对其进行微波膨化。对膨化石墨表面形貌和结构进行了表征分析,探讨了钾-四氢呋喃-石墨层间化合物的电解插层机理。结果表明:钾同四氢呋喃的有机溶剂共嵌入石墨层间,且石墨层间化合物膨化后,钾与四氢呋喃在微波作用下迅速从石墨层间膨胀出来得到石墨微薄片,这些石墨薄片彼此叠合形成片层状外观,构成膨胀石墨良好的孔隙结构。