RESEARCH ON PYROCARBON

本文研究了用庚烷(C_7H_(16))和丁二烯(C_4H_6)气相浸渍热解碳制备不渗石墨,石墨的透气率降低几个数量级。用乙炔(C_2H_2)和丙烯(C_3H_6)在流化床中裂解在颗粒状材料上沉积疏松和致密热解碳层,这两层热解碳可以起微型压力容器的作用。最后,介绍气相生长碳纤维的研究。     

镧改性石墨相氮化碳光催化剂在太阳能-氢转换过程中的应用研究

以四水合醋酸镧[La(CH_3COO)_3·4H_2O]和三聚氰胺(C_3H_6N_6)分别作为镧(La)和石墨相氮化碳(g-C_3N_4)的前驱体材料,通过简易的一锅热解的方法制备了La改性的石墨相氮化碳(La-g-C_3N_4)光催化剂。研究结果表明:所得光催化剂的可见光催化产氢活性与原始g-C_3N_4相比有明显改善,在La(CH_3COO)_3·4H_2O用量为0.5%(是C_3H_6N_6用量的摩尔百分数)条件下,制得的La-g-C_3N_4在6h内的产氢量达到575μmol/g_(cat),是原始g-C_3N_4的2.15倍。     

丙烷CVI工艺热解炭沉积非均相反应动力学模拟

分别运用总括非均相反应机理和详细非均相反应机理,结合均相反应机理(包括285种气相组分,1 074个气相可逆基元反应)来模拟C_3H_8在CVI工艺条件下炭纤维表面热解炭的沉积过程,进而对实验中的气相组分和热解炭的形成过程进行预测。总括非均相反应机理对炭沉积反应进行了简化处理,气相中的烃组分直接在表面脱氢沉积为热解炭;而详细非均相反应机理则利用表面基元反应来描述热解炭沉积过程,包括66种表面组分和250个表面基元反应。本文以C_3H_8为炭源,N_2为稀释气体,温度1 173~1 323 K、低压(2.6 kPa)和滞留时间为0.5~4s条件下的连续搅拌釜反应器为模型进行模拟,气相组成和沉积动力学两方面的预测与实验结果都较好吻合。计算表明在该设定条件下热解炭的前驱体主要为不饱和小分子(C_2H_2和C_2H_4)和甲基,进而利用这些组分定量解释热解炭的沉积动力学。     

载气对化学气相沉积中气体流场、反应物与热解炭沉积率影响的仿真研究（英文）

为了研究载气对化学气相沉积过程的影响,采用二维仿真模型,模拟立式反应炉中化学气相沉积过程。并建立了全组分扩散模型描述化学气相沉积过程中气体分子间的扩散过程。研究了氢气,氮气和氩气对气体流场,反应物浓度场以及热解炭沉积率的影响。结果表明,氢气有利于提高气体流场的稳定性;氢气有利于反应物的扩散,以氢气作为载气时,沉积壁面CH_4,C_2H_2,C_2H_4和C_6H_6的浓度均匀性较好。采用氩气和氮气作为载气时,沉积率均高于氢气做载气的情况,但热解炭的沉积均匀性低于氢气做载气时的情况。仿真结果与实验吻合较好。     

MTS/H_2体系CVD SiC的气相分析

采用CG/MS定性定量分析了MTS/H_2体系CVD SiC的气相组成,考察了沉积温度、总压和流量对气相组成的影响,从反应速率和分子浓度大小的角度出发,分析了MTS在H_2中的分解步骤.主要结论如下:(1)检测到CH_4、C_2H_6、C_2H_4、C_3H_6、C_2H_2、MTS、SiCl_4和CH_3SiHCl_2物质,其中CH_4和SiCl_4的含量较高.(2)体系温度、总压和总流量对气相组成有显著影响,其影响规律与热力分析结果一致.(3)MTS主要以Si-C键断裂引发分解反应,经历与原反应气反应、中间物质和副产物生成等主要阶段,CH_3→C_2H_6→C_2H_4→C_2H_2是生成烷烃化合物的主要路径.     

全氟丙烷中的多种杂质色谱(DID)分析

概述了采用配置DID检测器的气相色谱分析全氟丙烷的原理及方法。利用中心切割技术对全氟丙烷中的H_2、O_2+Ar、N_2、CH_4、CO、CF_4、CO_2、C_2F_6、C_3F_8、C_3F_6、C_3H_2F_6、C_4F_8、C_3HF_7进行定量分析,用多种不同标气进行定性分析。实验结果证明,该方法能很好的避免C_3F_8主峰对各种碳氟化物杂质峰的干扰,分离效果好,响应高。     

Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料的显微结构表征

利用X-射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料的相组成、纤维/热解碳层的界面特征和超高温陶瓷基体的显微结构特征进行了表征。在碳纤维表面有一层厚度为2～3μm石墨化程度较高的热解碳界面层,该界面层可以避免采用PIP工艺制备超高温陶瓷基体时可能对碳纤维造成的损伤。热解碳层与碳纤维之间为弱机械结合,其界面间分布着20～30 nm的ZrC纳米颗粒。Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料基体主要由ZrC,ZrB2,SiC和石墨相(Cg)组成。基体中石墨的(002)面沿着ZrC,ZrB2或SiC的表面生长。在石墨与ZrB2和石墨与SiC的界面没有观察到取向关系,界面处既没有反应层也没有非晶相存在。在石墨与ZrC之间存在ZrC(111)∥Cg(002),ZrC[110]∥Cg[010]的取向关系。ZrB2和SiC之间也没有界面反应和非晶层存在。     

硼含量对碳硼化合物结构、力学影响行为研究（英文）

利用低压化学气相沉积技术,以BCl_3-C_3H_6-H_2为反应气体制备了不同掺硼量的热解碳薄膜B_xC_(1–x)(x=0.05,0.10,0.16,0.30,0.50),并研究了硼含量对BxC1–x微观结构及力学性能的影响。B0.1C0.9展现了高度结晶的类石墨结构,其中大部分B取代石墨层中的C。随着B含量上升,B主要形成B–C键,B_xC_(1–x)结构向无定型转变。纳米压痕测试结果显示,B0.1C0.9的弹性模量和硬度较低,载荷位移曲线显示其力学变形接近弹性变形,随着B含量增加,碳化硼生成量增加,其弹性模量和硬度显著提升,载荷位移曲线表现出典型的脆性材料力学行为。     

化学气相沉积中的气相生长碳纤维

用扫描电子显微镜观察了化学气相沉积过程中柔性石墨纸表面产生的热解炭的形态。研究发现:热解炭不仅呈胞状平铺在柔性石墨纸表面,而且还形成了气相生长碳纤维。这类特殊形态的碳纤维在直径较小时具有明显的生长尖端。随着气相生长碳纤维的生长,直径变大,由一层一层的热解炭组成同心圆结构,当气相生长碳纤维直径超过50μm时尖形头部变成半球形。     

沉积在核石墨IG-110基体上的热解炭涂层微观结构

采用化学气相沉积技术,以甲烷作为碳源,在核石墨IG-110基体上制备层状热解炭涂层。利用偏光显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及同步辐射掠入射X射线衍射(GI-XRD)研究热解炭涂层的微观结构和生长特性。结果表明,热解炭涂层具有大锥体、小锥体和再生锥体三种生长锥微观结构,热解炭片层间结合紧密,生长锥间结合密实。热解炭涂层存在光滑层和再生层两种织构,每种织构都含有两种晶面间距不同的相结构,平滑层主要含有低石墨化度相,而再生层主要含有高石墨化度相。热解炭涂层致密的微观结构和仅存在的纳米级别的微孔使其可以作为气体阻隔涂层。     

TG-MS研究生物质组分与聚乙烯共热解特性

为了探索生物质主要组分在与塑料共热解过程中的协同效应和小分子气体产物的变化规律,笔者采用热重-质谱联用(TG-MS)技术研究纤维素、木聚糖、木质素与聚乙烯的共热解特性。共热解样品的混合比例为1∶1(w/w),TG实验得到了各单组分以及混合组分的失重区间,通过对单组分TG数据的拟合得到理论值与实验值,比较得到混合组分在共热解过程中存在协同效应,可促进样品的分解。MS实验数据表明,在共热解过程中聚乙烯的存在促进了生物质组分的分解,从而使小分子气体产物的产量增加。纤维素热解的小分子产物中H_2O和CO_2的产量增大;木聚糖和聚乙烯在共热解过程中会促进对方分解,H_2O,CH_4,H_2和C_2H_4都有更高的产量;木质素和聚乙烯的共热解过程会促进CO,C_2H_4和H_2的产生。     

石墨—H_2SO_4(层间化合物)的C—轴纵向声子中电荷传递—感应的方式

引言目前已能以石墨和硫酸(H_2SO_4)经电化学反应制备第1阶和第2阶石墨层间化合物(GIC′S)。制备过程中伴有大量的电荷传递。对于一种给定阶数的化合物,在碳和嵌入层(intercalate Layers)之间传递的电荷是     

吸热型碳氢燃料正辛烷的热分解机理

利用反应分子动力学方法,对正辛烷在不同温度条件下的热解特性进行研究,并用密度泛函理论(DFT)对结果进行验证比较。结果表明:正辛烷初始反应为八种热解均裂反应,分别为四种碳碳键断裂和四种碳氢键断裂,且碳碳键比碳氢键更容易发生断裂,分子端部的化学键断裂比较困难。讨论了温度对热解产物的影响,热解的主要产物是H_2、CH_4、CH_2=CH_2,其他产物为CH_3-CH_3。H_2有两种形成机理,分别是自由基攻击反应和自由基间结合反应。CH_4有两种形成机理,与H_2的相似。CH_2=CH_2的形成机理为大分子自由基β键断裂反应。本工作从分子尺度研究了正辛烷的热解机理,为其他吸热型碳氢燃料的热裂解特性研究提供了参考。     

单环苯并噁嗪树脂热解的ReaxFF反应动力学模拟

采用ReaxFF动力学方法模拟了非交联固化单环苯并噁嗪树脂在不同温度下的热解特性。模拟结果表明,N桥键的断裂是热解的主要引发反应,H_2,H_2O和大分子碳团簇是热解的主要产物。随着反应温度升高,H_2的数量急剧增加,而H_2O的数量反而降低,高温有利于促进相对分子质量较大的碳团簇的形成,还观察到了CO,NH_3,N_2和HCN等小分子产物。用ReaxFF动力学方法模拟所得的气体产物以及含类似石墨烯结构的碳团簇与实际实验结果一致,ReaxFF动力学模拟方法可以作为一种研究苯并噁嗪树脂高温热解反应的有效途径。     

定向碳纳米管/炭纳米复合材料形貌和显微结构

以CVD法定向碳纳米管(ACNTs)阵列为骨架,利用化学气相渗透(CVI)工艺制备了新型定向碳纳米管/炭(ACNT/C)纳米复合材料。通过偏光金相显微镜(PLM)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)和Raman光谱等分析方法对其显微结构和热解炭沉积机理进行了研究。结果表明:所制ACNT/C纳米复合材料的热解炭结构主要为类粗糙层结构,围绕碳纳米管生长的热解炭石墨层片结构清晰,并且碳纳米管和热解炭之间具有良好的界面结合;而在相同工艺条件下围绕炭纤维生长的热解炭为典型的光滑层结构。这可能是由于在热解炭沉积过程中存在碳纳米管"诱导"沉积过程,即沿着碳纳米管径向的离域化共轭π键和具有类似结构的芳香族大分子通过π-π非共价键作用相结合,并在CNTs纳米尺寸的影响下,芳香族大分子按照"软取向"(Softepitaxy)围绕碳纳米管生成环形层片状类石墨结构的热解炭。该研究结果有望为热解炭的可控沉积起到一定的借鉴作用。     

孔道可控的酚醛树脂多孔碳支架的制备研究

利用光固化快速成型技术, 设计制作了有网格孔道结构的制件阴模, 制成了孔道结构可控的多孔碳支架. 用TGA研究了光固化树脂、酚醛树脂和淀粉的热分解行为; 用XRD、FTIR和SEM技术研究了碳支架的物相组成和微观结构; 用Archimedes法测定了热解碳的显气孔率和密度. 结果表明: 碳支架为非结晶性物质, 呈无定形乱层石墨结构, 随碳化温度的升高石墨化程度提高; 碳支架中仍含有微量的C-H键; 碳支架中的气孔相包括孔道、大孔(d=10～50μm)和微孔(d=1～3μm); 构造的孔道有利于避免碳支架的破裂.     

等离子体化学气相淀积SnO_2气敏材料

用等离子体激活的化学气相淀积(PCVD)方法在比表面大的多孔玻璃上淀积纯 SnO_2,得到稳定性好、工作温度低及选择性较好的气敏薄膜元件。研究了该元件对 H_2、C_2H_5OH、LPG(液化石油气)等气体的气敏效应,对元件的检测机理作了一些探讨,并与用烧结法制备的元件的气敏性能进行了比较。     

气相色谱法测定电石炉气中氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙炔气体含量

采用气相色谱法,测定了电石炉气中氢气(H_2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO_2)、甲烷(CH_4)、乙炔(C_2H_2)气体的含量。该方法的检测限为H_2≤8.5μmol/mol、CO≤2.8μmol/mol、CO_2≤15.2μmol/mol、CH_4≤0.22μmol/mol、C_2H_2≤0.53μmol/mol。方法简便、快速,并具有较好的准确度和精密度。     

甲苯传感器的制作及特性

采用溶胶-凝胶法制备了NASICON(钠超离子导体)固体电解质材料.利用XRD分析了所制备材料的结构,材料的平均粒径约为22nm.以NASICON为离子导电层,Sm_2O_3为敏感电极制作了具有良好敏感特性的C_7H_8气体传感器.在430℃工作温度下,器件对(5-50)×10~(-6)C_7H_8的灵敏度为-75mV/decade.并且对C_7H_8具有较高的选择性和良好的响应恢复特性,器件对5 × 10~(-6)和50×10~(-6)C_7H_8的响应时间分别为45和35秒,恢复时间分别为8和60秒.对器件的敏感机理做以简要的分析.     

酚醛树脂热解炭材料的石墨化程度及其电化学性能

研究酚醛树脂中加入ZnCl2的比例不同对热解材料孔径、孔容、比表面积、层间距等微观结构的影响。通过X射线衍射(XRD)和激光拉曼光谱(Raman)等手段对酚醛树脂热解炭材料的石墨化程度进行表征。探讨热解炭材料的石墨化程度与充放电性能之间的关系。