低碳细鳞片石墨制备可膨胀石墨的研究

用酸浸泡提纯+H2SO4/H2O2/K2Cr2O7氧化插层体系分步氧化插层复合工艺,以88.22%碳含量、150目的低纯细鳞片石墨制备出可膨胀石墨。研究了浸泡酸、插层剂及分步氧化插层对膨胀体积EV的影响,结合膨胀石墨微观形貌对影响因素进行分析讨论。实验结果表明:用HF预处理2h,H2O2一次氧化1h的鳞片石墨以m(C)∶V(H2SO4)∶m(K2Cr2O7)=1∶4.0∶0.16在超声振荡条件下反应1h,可制备出膨胀体积EV为165mL/g的可膨胀石墨。     

低碳细鳞片石墨制备可膨胀石墨的研究

用酸浸泡提纯+H2SO4/H2O2/K2Cr2O7氧化插层体系分步氧化插层复合工艺,以88.22%碳含量、150目的低纯细鳞片石墨制备出可膨胀石墨。研究了浸泡酸、插层剂及分步氧化插层对膨胀体积EV的影响,结合膨胀石墨微观形貌对影响因素进行分析讨论。实验结果表明:用HF预处理2h,H2O2一次氧化1h的鳞片石墨以m(C)∶V(H2SO4)∶m(K2Cr2O7)=1∶4.0∶0.16在超声振荡条件下反应1h,可制备出膨胀体积EV为165mL/g的可膨胀石墨。     

石墨烯纳米片的制备和表征

以鳞片石墨为原料,采用氧化插层和微波膨化制备膨胀石墨,对膨胀石墨进行二次酸化膨胀处理,利用超声剥离法制备石墨烯纳米片,并借助XRD、SEM、RAMAN和AFM等分析其微观结构和形貌。结果表明:微波膨化处理可快速高效得到膨胀石墨;通过对膨胀石墨超声剥离可破坏其原有网络结构并将石墨晶片剥离为大量的石墨薄片;对二次膨胀处理的膨胀石墨进行超声剥离可得到石墨烯纳米片,其中包含大量的3-5层石墨烯。     

可膨胀石墨的制备及谱学特性研究

采用化学氧化法,以石墨粉(≤30μm)为原料,硫酸与高锰酸钾为氧化剂,以及磷酸为辅助插层剂制备出具有高膨胀体积的可膨胀石墨(EG)。通过XRD、Raman、SEM、EDS、FT-IR以及TG-DTA等测试手段对材料的微观结构、形貌、谱学特性及热稳定性进行表征分析。实验结果表明,当硫酸与磷酸体积比为2∶1时,EG氧化-插层效果最好,在400℃时膨胀体积达102ml/g。同时EG片层中含有P、S、Mn等元素,表明可能插入了磷酸、硫酸以及Mn的磷酸二氢盐、硫酸盐等物质。TG-DTA显示,EG的起始膨胀温度在160℃左右,且石墨在氧化-插层后,有序结构没有被完全破坏,部分石墨仍具有很好的耐热氧性。另外,探讨了EG可能的形成及膨胀机理。     

用柔性石墨制备低密度膨胀石墨块

通过在浓硫酸或浓硝酸中浸泡柔性石墨纸（板），然后在200℃～750℃膨化制备了低密度膨胀石墨块。研究了插层剂、插层时间和膨化温度对膨胀石墨块体积密度和外形完整程度的影响。结果表明：膨化温度越高，制得的膨胀石墨块密度越低，越难获得完整的外形。以浓硫酸或浓硝酸插层时，适宜的膨化温度分别约为550℃和650℃，插层时间应为3h以上。发现膨胀石墨块主要存在两种外观，一种为均匀膨胀，另一种为非均匀膨胀。     

膨胀石墨的制备和影响其膨胀体积的因素

以硝酸为氧化剂,冰醋酸、甲酸为插层剂,采用化学氧化的方法制备可膨胀石墨.通过正交试验确定最佳工艺参数:10g鱼鳞片石墨,V(冰醋酸):V(甲酸):V(硝酸)=2:3:4,反应温度为20℃,反应时间为45min,制得可膨胀石墨在600℃时的膨胀体积为260mL/g;通过XRD分析检测插层剂,SEM观察膨胀石墨的表面形貌,测试结果表明,插层剂已插入石墨层间,形成石墨层间化合物,且膨胀石墨的表面形貌为疏松多孔结构.     

超声剥离二次膨胀石墨制备石墨烯纳米片

以天然鳞片石墨为原料,氧化插层制备可膨胀石墨,微波热解膨胀后,对膨胀石墨进行二次氧化插层并微波膨胀,采用超声剥离法制备出包含大量少层数碳原子的石墨烯纳米片。采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和拉曼光谱(Raman)对其结构和形貌进行分析。结果表明,氧化插层增大了石墨层间距,膨胀石墨更易于进一步氧化插层引入含氧基团;在微波作用下,石墨内部含氧基团热分解放出气体,进一步增大石墨层间距,甚至部分剥离;对二次膨胀处理的石墨薄片进行超声剥离可得到石墨烯纳米片,大部分石墨烯层数低于5层。     

超声剥离制备石墨烯纳米片及其结构表征

以鳞片石墨为原料,采用插层氧化法制得可膨胀氧化石墨,然后经高温热解获得膨胀石墨,再通过超声剥离得到石墨烯纳米片,采用FTIR、XRD、SEM、TEM和Raman对所得石墨烯纳米片的微观结构进行表征。结果表明,可膨胀氧化石墨在800℃高温热解30 s得到膨胀体积最大的膨胀石墨,由80目和100目鳞片石墨制得的膨胀石墨的最大体积分别为215 mL/g和85 mL/g,且在50℃条件下超声剥离5 h分别得到30~50层和6~20层的石墨烯纳米片。     

HClO4-GIC的制备及其柔性石墨的性能

以天然鳞片石墨、高氯酸、硝酸为原料，采用化学法经插层、水洗、干燥、膨化等工艺过程制备膨胀石墨；以石墨蠕虫的膨胀体积为判据，采用正交实验方法确定工艺参数对石墨蠕虫膨胀体积的影响大小：探讨了反应温度、时间、膨化温度，GIC的挥发分对膨胀体积的影响；利用XRD表征了天然鳞片石墨、酸化石墨、柔性石墨的微观结构；利用EDS确定了插入物为HClO4；并对制备的柔性石墨的力学、电／热性能进行了测试。结果表明：工艺参数影响大小依次为反应温度、高氯酸／硝酸间的配比及反应时间、鳞片石墨／高氯酸间的配比。在较宽的温度范围内（室温～100℃），可容易地制备出GIC，且能在低温200℃下膨化。以最佳工艺条件：鳞片石墨：高氯酸：硝酸=1：4：0．15（质量比）制备的GIC，在200℃下膨化，可以制备出膨胀体积达360mL/g的膨胀石墨；在高温900℃下膨化，可以制备出膨胀体积达540mL/g的高倍膨胀石墨。石墨蠕虫经压制成型制备的柔性石墨的抗拉强度、电阻率同其表观体积密度存在密切的相关性，密度增加，抗拉强度增加，电阻率下降；其电阻率与导热率间也存在密切的相关性，电阻率下降，导热率提高，且其导热率高于同电阻率的人造炭／石墨材料的导热率。     

高倍率膨胀石墨的制备及性能表征

以鳞片石墨(0.300mm)为原料,高锰酸钾为氧化剂,采用化学氧化和分步插层的制备工艺,乙酸辅助插层,高温膨胀制备具有低硫高倍率膨胀石墨(EG),探讨其最佳工艺条件并对其性能进行了表征。结果表明:石墨(g)∶硫酸(ml)∶高锰酸钾(g)=1.0∶6.0∶0.2,反应温度40℃,反应时间为90min;乙酸辅助插层时间为120min,抽滤洗涤至pH值为5~7,60℃干燥烘干可膨胀石墨,900℃下高温膨胀30s,即可得高倍率膨胀石墨;膨胀石墨的性能表征对研究其吸附行为和机理有重要意义。     

Intercalation of natural flake graphites

Natural flake graphites are characterized in terms of their ability to form intercalation compounds. Factors such as amounts and distribution of mineral matter, extents of intercalation by bisulphate and bromine, flake thickness and fissuring which control extents of intercalation are examined. Differences in stabilities of intercalates in the natural flake graphites are assessed. Techniques used to examine the flake graphites include image analysis to assess flake thickness and the degree of fissuring as well as bromine intercalation and desorption as an indication of crystal perfection in flake graphites. Amounts of mineral matter in the flakes and the amount and distribution of crystalline sulphur (not previously reported) in the intercalated flake graphites are studied using EDAX. The intercalated graphites were exfoliated at 1200° C and examined by SEM to assess their extent of expansion and the structure and extent of pinning within the graphite flakes. Results indicate that flake thickness is a primary factor influencing extents of intercalation in these materials, the optimum thickness for bromine intercalation being 25m. Bromine uptake could indicate the perfection of stacking within a graphite. Mineral impurity in the graphite flake is of importance as it influences flake thickness and cleavage properties.     

石墨及其改性产物研究进展

天然石墨是具有片层结构的含碳无机材料,层间由范德华力连接,可用物理或化学方法将其它分子、原子、离子甚至原子团插入其层间,生成石墨层间化合物(GIC);GIC经高温膨胀可得到体积为其几百倍的膨胀石墨(EG);在超声粉碎时,膨胀石墨上的石墨微片剥离,得到纳米石墨微片(NanoG)。近年来,富勒烯(Fullerence)、碳纳米管(CNT)、石墨烯(Graphene)的先后开发,为石墨家族注入新的活力,并为其应用开辟了新的空间。系统论述了天然石墨及其改性产物如EG、NanoG、Graphene、CNT、Fullerence的结构、制备方法、性质及用途。     

膨胀石墨的形貌结构与表面功能基团的XPS研究

膨胀石墨的孔结构和表面化学组成对其物化性能有着很大影响,利用扫描电镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）对550～920℃制备的膨胀石墨形态结构和表面功能基团进行了表征,结果表明：在蠕虫状的膨胀石墨粒子表面和内部存在大量的网状孔洞,这些网络状孔洞是由10～50nm厚的石墨片叠合而成的平行塌陷片层构成;膨胀石墨表面化学组成以C、O元素为主,其它元素含量较低,其表面存在有-C=O、-C-O和-O-O-（过氧基团）等功能基团.     

石墨层间化合物GICs的形成机理探讨

将ＧＩＣｓ形成过程划分为熔融、活化、扩散和成键等阶段,分析了各阶段反应的主要影响因素,以氯化铜、氯化镍、ＧＩＣｓ的合成实验为基础,根据ＳＥＭ对石墨膨胀前后,插层后的形貌分析,以及膨胀石墨合成ＧＩＣｓ反应前后体积变化分析,认为ＧＩＣｓ的形成过程中,主要有三个机制起作用：     

膨胀石墨孔结构的定量研究

利用压汞法和图像分析法研究了膨胀石墨的孔结构,压汞法可测量膨胀石墨中微米量级以下的孔隙结构参数,对微米量级以上的孔可以利用图像分析法进行测量,膨胀石墨制备参数对膨胀石墨的孔结构有显著影响,其中插层电量越大孔径尺寸越大,孔径分布越宽;膨化温度越高,孔径尺寸越大,孔径分布也越宽。     

可膨胀石墨改性APP/PER/EN防火涂料热降解行为

采用可膨胀石墨 (EG) 对APP/PER/EN防火体系进行改性,制备成一种新型EG改性APP/PER/EN防火涂料。运用示差热分析 (DTA) 、热重分析 (TG) 、扫描电镜分析 (SEM) 、能谱分析 (EDS) 和隔热性能试验分析研究APP/PER/EN防火涂料和EG改性防火涂料的热降解行为、残余炭体元素含量、成炭率和隔热性能。EG改性防火涂料的APP-PER-EN之间的化学反应膨胀过程与可膨胀石墨物理膨胀过程作用温度范围接近,能产生很好的协同配合作用。膨胀石墨提高了APP/PER/EN防火涂料炭质层的成炭率、抗氧化性和热稳定性。EG添加量过高 (≥15%) 会造成燃烧后期炭质层脱离基材。10% EG (质量分数) 添加量能有效提高APP/PER/EN防火涂料的隔热防火性能。      

正癸酸-月桂酸-硬脂酸三元低共熔体系/膨胀石墨复合相变材料的制备与表征

将正癸酸(DA)、月桂酸(LA)和硬脂酸(SA)熔融共混制备了三元体系相变材料(DA-LA-SA),以DA-LA-SA为相变材料,膨胀石墨(EG)为载体材料,用熔融共混法制备不同DA-LA-SA含量的三元低共熔脂肪酸/膨胀石墨复合相变材料(DA-LASA/EG-PCMs)。采用FT-IR、XRD、SEM、TGA和DSC对其组成成分、晶体结构、微观形貌、相变温度和相变焓进行表征。结果表明,当DA、LA和SA的质量配比为1∶8∶1时,DA-LA-SA具有较低的相变温度和较高的相变焓;EG由大量的微孔构成,通过微孔束缚和表面吸附与DA-LA-SA物理结合,具有良好的稳定性;EG质量分数为10%时,所制备的DA-LA-SA/EG-PCMs三元相变体系复合相变材料的相变温度为38.6℃,相变焓为123J/g,导热系数为3.572 1 W·(m·K)-1,分散均匀,颗粒粒径较小,具有优良的热性能和稳定性。     

水性膨胀型钢结构防火涂料耐火性能研究

以水性乳液为基体,聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺(MEL)、季戊四醇(PER)为膨胀阻燃体系,通过添加可膨胀石墨(EG)和绢云母制备了水性膨胀型钢结构防火涂料;研究了基体拼合、膨胀阻燃体系配比、EG与绢云母配比对钢结构防火涂料性能的影响。结果表明,氯偏乳液与纯丙AC261P乳液质量比为22∶3,APP/MEL/PER的质量比为4∶3∶3,可膨胀石墨和绢云母的质量比为5∶3时,制备的防火涂料受热后形成的炭质层与钢板粘附性好、强度高,膨胀倍率大,持续耐火性能最好,受热4500s后钢板背面温度维持在223℃。