螺旋炭纤维的结构分析

分析了螺旋炭纤维的微观结构,发现其主要由纳米级石墨片层(nano graphite structurecell,NGSC,约为5 nm×5 nm)构成,其间夹杂着无定形碳和多层富勒烯等无序结构.由于螺旋炭纤维具有螺旋结构,其中的NGSC发生了一定的弯曲.在宏观尺度上,螺旋炭纤维表现出无序碳结构的特征.根据结构分析的结果提出了表征螺旋炭纤维的几何参数,并对不同螺旋炭纤维的螺旋角进行了比较分析.结果表明,虽然螺旋炭纤维的直径和螺距各不相同,但是其螺旋角具有一定的规律.在微观结构观察和几何构形分析的基础上提出了螺旋炭纤维的生长机理.     

石墨化对微螺旋炭纤维热氧化动力学的影响

以乙炔为碳源,镍粉为催化剂,噻吩为助催化剂,采用化学气相沉积法制备微螺旋炭纤维;在氩气气氛中,2500℃下对所制微螺旋炭纤维进行石墨化处理.通过扫描电子显微镜观察微螺旋炭纤维的螺旋形貌和微观结构,用热重法研究微螺旋炭纤维的耐氧化性能,并探讨了微螺旋炭纤维的氧化动力学行为.结果表明:石墨化处理对微螺旋炭纤维具有显著的纯化作用,其螺旋形貌基本保持不变.微螺旋炭纤维的氧化反应较好地服从一级反应.微螺旋炭纤维石墨化前后的氧化反应活化能分别为263.004kJ/mol和297.191kJ/mol.石墨化处理明显提了微螺旋炭纤维的抗氧化性能.     

石墨化对微螺旋炭纤维形貌和微观结构的影响

采用化学气相沉积法制备微螺旋炭纤维, 在氩气气氛, 2500℃下对其进行石墨化处理. 通过扫描电镜, 激光拉曼光谱和X射线晶体衍射对石墨化前后微螺旋炭纤维的形貌与微观结构进行了研究, 并初步探讨了石墨化机理. 结果表明: 石墨化处理对微螺旋炭纤维具有显著的纯化作用, 其螺旋形貌基本保持不变. 微观结构更加规整, 微螺旋炭纤维的晶面层间距d₀₀₂(0.3626～0.3378nm)减小, 晶粒尺寸L_c(1.6404～3.8590nm)和L_a(2.04～7.21nm)增大, 石墨化程度增强.     

螺旋炭纤维的微观结构与储能特性

采用扫描电镜、激光Raman光谱、X射线衍射(XRD)、热失重分析(TG)、低温氮吸附等研究手段,以平直炭纤维为参照,对比研究了碳氢化合物催化分解法制备的螺旋型炭纤维的微观结构特征。实验结果表明：整体上,螺旋炭纤维的微观结构要比平直炭纤维的结构更加无序;但螺旋炭纤维的外层结构较为有序与中孔分布广、孔容低的平直炭纤维不同,螺旋炭纤维的中孔主要分布在3nm～4nm范围内．且有着较高的孔容,其比表面积几乎足平直碳纤维的10倍。这些结构特性使得螺旋炭纤维在抗氧化性、储氨、电化学电容等方面都体现出超越平直炭纤维的优势和应用潜力。     

微螺旋炭纤维结构性能的研究

微螺旋炭纤维因其特殊的三维手性结构,具有多种优异性能.综述了微螺旋炭纤维的微观形貌、力学性能、电性能、热性能、吸波性能和储气性能,并展望了螺旋炭纤维的应用前景,同时也总结了螺旋炭纤维研究中存在的问题.     

螺旋炭纤维的制备及其吸波性能研究进展

螺旋炭纤维作为手征性材料的典型代表,具有成分、结构、形貌、电磁和手征参数可调的显著优势,成为近年来研究的热点.综述了螺旋炭纤维的制备及其结构与形貌控制、生长机理和吸波性能,发现对其结构和形貌的控制,可以调节和改善其吸波性能.同时讨论了螺旋炭纤维的发展趋势和存在的主要问题.     

炭纤维网布/螺旋碳纤维复合材料制备及电磁性能研究

以炭纤维网布为基体,通过电镀工艺在炭纤维网布上形成Ni催化剂膜,采用化学气相沉积方法原位合成炭纤维网布/螺旋纳米碳纤维复合材料,采用扫描电镜(SEM)、Raman光谱和X射线衍射仪(XRD)对生长的螺旋纳米碳纤维的形态和结构进行表征。考察主要反应因素—温度对螺旋纳米碳纤维生长的影响,并就生长过程进行了讨论;对其制备出的炭纤维网布/螺旋纳米碳纤维复合材料在8.2～12.4GHz频段的电磁性能进行分析,考察其吸波性能。结果表明制备出的炭纤维网布/螺旋纳米碳纤维复合材料比单一的螺旋纳米碳纤维具有更高的电磁损耗角正切,电损耗正切值由0.7提高到3.8,表明复合材料具有较好的吸波性能。     

高温处理对螺旋炭纤维微观拓扑结构的影响

对高温处理前后螺旋炭纤维的微观拓扑结构进行了探究与表征,结果表明,制备态螺旋炭纤维具有类似年轮状结构的近圆形横截面,在纵截面上体现为近似鲱鱼骨结构,其石墨微晶尺寸小、取向度差;高温处理后,其三维结构可理想地看作是由石墨微晶以具有锥角的多面柱体形式沿螺旋方向堆叠而成,表观上炭纤维显示为尺寸均匀的多面柱体形貌。X射线衍射和Raman散射结果从宏观量级上证明了样品微观尺度有序度得到提高。为基于结构的性能预测和应用设计提供了可靠的参考。     

微螺旋炭纤维的制备与表征

采用溶剂热法合成出硫化镍, 并将其作为催化剂, 催化热解乙炔制备出微螺旋炭纤维. 通过SEM、FT-IR和XRD分析了催化剂和微螺旋炭纤维的形貌和微观结构. 结果表明: 硫化镍催化颗粒表面光滑、为规则的六方相结构, 直径为1~2 μm; 微螺旋炭纤维具有双螺旋结构, 截面为矩形, 具有相同的螺径. 微螺旋炭纤维分子结构中既含有不饱和的C=C双键, 又含有饱和的-CH₂-和-CH₃基团, 其微观结构整体有序度较差, 存在一定量的无定型炭和晶体缺陷, 石墨化度低.     

基于双带模型的螺旋炭纤维电导特性

采用电子结构的双带模型研究了螺旋炭纤维的电导特性。结果表明:经石墨化处理后,原始制备态的螺旋炭纤维的晶格趋于完美,其双带模型的电子能带结构由费米能级压低的p型转变为反应有序结构的n型;载流子浓度的提高和移动度的明显增大使石墨化后的螺旋炭纤维电导行为明显改善。     

Characteristics of flow and heat transfer of shell-and-tube heat exchangers with overlapped helical baffles

The characteristics of flow and heat transfer of shell-and-tube heat exchangers with overlapped helical baffles (STHXsHB) were illustrated through a theoretical analysis and numerical simulation. The ideal helical flow model was constructed to demonstrate parts of the flow characteristics of the STHXsHB, providing theoretical evidence of short-circuit and back flows in a triangular zone. The numerical simulation was adopted to describe the characteristics of helical, leakage, and bypass streams. In a fully developed section, the distribution of velocity and wall heat transfer coefficient has a similar trend, which presents the effect of leakage and bypass streams. The short-circuit flow accelerates the axial velocity of the flow through the triangular zone. Moreover, the back flow enhances the local heat transfer and causes the ascent of flow resistance. This study shows the detailed features of helical flow in STHXsHB, which can inspire a reasonable optimization on the shell-side structure.     

气相生长螺旋状碳纤维催化模型的研究

基于气相生长螺旋状碳纤维早期成长先端形态，运用质量传递过程的扩散理论，提出催化剂在螺旋状碳纤维生长过程中的作用机制。建立相关模型。该模型可以成功地解释随反应时间的延长，碳纤维截面变扁的现象以及该纤维的截面微观构造；并指出制约生长速率，微观尺寸形态的关键因素为催化剂的组成及颗粒尺寸，温度和碳氢化合物的流量。     

高导热中间相沥青基炭纤维的微观结构分析

中间相沥青基炭纤维具有低电阻、高导热特性,是目前最具发展前景的功能型导热、散热材料,但是国内对其微观结构和性能的研究报道较少。对国外高导热中间相沥青基炭纤维的微观结构和形貌进行了分析,同时将实验室研发的不同截面形状中间相沥青基炭纤维进行比较。研究结果表明中间相沥青基炭纤维具有的高导热特性源于其内部三维有序堆积的类石墨层状结构和较为完整生长的石墨晶体。热处理温度越高,其类石墨晶体生长越完善,层片取向程度越高。与圆形截面辐射状结构中间相沥青炭纤维相比,带状截面炭纤维有效解决了劈裂问题,其石墨片层间距为0.337nm,层片堆积高度达到26.77nm,轴向热导率高于800W/（m.K）。     

电化学氧化处理对PAN基炭纤维表面浸润性的影响

以硫酸铵为电解质,对炭纤维进行连续电化学氧化处理,利用反气相色谱(IGC)研究电化学氧化处理前后的表面能变化,并联系SEM、AFM、XRD、Raman、XPS等测试结果综合分析电化学氧化处理对炭纤维表面性能的影响。研究表明,经电化学氧化处理后,纤维沿轴方向表面沟槽加深加宽,薄弱层被剥除,晶格择优取向遭到破坏;纤维表面活性官能团增多,氧和氮含量分别增加了180%和65%,提高了纤维与树脂的粘结性;纤维表面能提高了3.1倍,与树脂的浸润性得到改善;电化学氧化处理后其复合材料的ILSS达109MPa,已可充分满足实际应用需求。     

纳米螺旋碳纤维表面化学镀Ni-Co-B涂层研究

利用铁片试样研究以二甲基胺硼烷为还原剂的化学镀Ni-Co-B合金涂层的工艺,考察了还原剂、金属盐浓度之比、pH值对化学镀反应沉积速率的影响.利用优化的工艺配方在经过敏化、活化处理后的纳米螺旋碳纤维表面沉积Ni-Co-B合金涂层.采用等离子发射光谱仪(ICP)分析涂层成分,利用扫描电子显微镜(SEM)观察涂层形貌,利用振动样品磁强计测试涂层磁学性能(VSM).结果表明:在纳米螺旋碳纤维表面获得了连续、均匀的Ni-Co-B合金涂层,材料磁性明显改善.     

基于复模态的空间锥螺旋管管内流固耦合振动特性的有限元分析*

空间锥螺旋管束作为一种新型流体诱导弹性传热元件,由于其锥型螺旋结构,管内流动产生的非比例阻尼对其固有振动特性影响明显.基于此,采用有限元法研究螺旋管束管内流固耦合振动特性,通过螺旋升角变换、螺旋单元坐标变换以及对连接体的简化处理,建立了管束振动状态方程,依据复模态理论分析了科氏力所致阻尼对空间锥螺旋管的频率的影响.结果表明:管内流动对锥螺旋管束基频影响很大;由于科氏力所致阻尼阵的存在,螺旋管束在管内流固耦合作用下呈现复模态;随着螺旋节距及流速的变化,管束的基频及阻尼比发生变化.     

有机硅添加剂对热处理粘胶纤维结构和性能的影响

借助XPS、SEM等研究了有机硅添加剂对热处理粘胶纤维的结构和性能的影响。结果表明：浸渍有机硅添加剂的粘胶纤维在热处理时，由于有机硅具有耐高温、防粘连，憎水、化学稳定性好等特性，对纤维表面可以起到保护作用；使其在热处理后，表面空洞减少，纤维的分线性得到改善，从而提高了它的抗拉强度。当有机硅添加剂的质量分数为4．79％时，所获炭纤维抗拉强度的增加幅度高达126．3％。浸渍有机硅添加剂的粘胶纤维在热处理后，Si元素主要以SiO2形式存在于纤维表面。     

不同初始结构碳纤维石墨化进程趋同性研究

为优化碳纤维的石墨化工艺,利用拉曼光谱对碳纤维在石墨化过程中的结构变化进行了研究,分析比较了两种碳纤维石墨化进程的异同.结果表明:纤维在高温下发生脱氮与石墨化转变反应,脱氮反应会在石墨微晶中留下分子级空洞,氮原子脱除越多,微晶内空洞越多;石墨化转变促使石墨微晶生长、结构完善.两种纤维氮元素含量不同造成其初始结构不同,氮含量越低,纤维石墨化程度越高.氮原子脱除程度不同引起两种纤维石墨化进程存在差异,热处理温度高于1 800℃时,不同初始结构碳纤维中的氮原子都脱除完全,纤维中碳化学结构趋于相同,石墨化进程出现趋同性.     

低电阻率Si-C-O纤维组成和性能

采用聚二甲基硅烷（PDMS）与不同比例的聚氯乙烯（PVC）共裂解合成制备了低电阻率Si-C-O纤维先驱体聚合物。经熔融纺丝、空气不熔化处理及高温烧成制成低电阻率Si-C-O纤维。通过元素分析、XRD及XPS研究了纤维组成及其结构,考察了纤维组成与性能的关系。结果表明,PVC的掺入使烧成纤维中氧含量降低,游离碳的含量有较大幅度的增加,纤维的密度和模量下降,在较低的Si/C比时,纤维的强度同碳含量没有明显的关系。