前驱体对炭泡沫孔结构的影响

分别以煤沥青、石油中间相沥青和AR沥青为前驱体制备炭泡沫材料。采用GPC测定前驱体分子量,SEM观察所制炭泡沫的孔结构,光学显微镜测量所制炭泡沫的孔径及其分布。结果发现,由于煤焦油沥青不含中间相,且QI含量较高,导致在实验条件下不能直接制备出合格的炭泡沫。以石油中间相沥青和AR沥青为原料均能制备出具有分布均匀开孔结构,且微观各向异性的炭泡沫。由AR沥青制备的炭泡沫呈现平均孔径较小(212μm)、孔壁较薄、孔径分布较窄(180μm~300μm)、开孔率较高、以及韧带排列较规整等特点,表明低QI含量、低分子量且分布较窄的前驱体有利于发泡。     

酚醛树脂基泡沫炭的发泡行为及其孔结构控制

结合热塑性酚醛树脂的热失重和粘-温特性,研究了升温速率对其发泡行为及泡沫炭力学性能的影响。结果表明,热塑性酚醛树脂的发泡温区在200~300℃,并遵循热点成核发泡机制;300~600℃温区中产生的裂解气主要影响气泡的膨胀速度,进而影响泡沫炭的孔径及孔结构的均一性;以0.5℃/min升至240℃,再以3℃/min升至600℃,所制泡沫炭孔结构较为均一,其平均孔径、密度及压缩强度分别为300μm、0.51 g/cm~3和12.5 MPa。     

加热条件对炭泡沫材料孔结构和性能的影响

以AR沥青为原料,利用高压釜在不同恒温条件下制备了炭泡沫,并测定了其孔结构、体积密度、显气孔率、压缩强度、常温热导率以及微晶参数.结果表明:相对于短恒温时间,长恒温时间制得的炭泡沫孔径大(412nm)、显气孔率高(83.82%)、体积密度小(0.34g/cm~3)、压缩强度高(4.92MPa),多孔连通结构更丰富.经过石墨化处理后,石墨泡沫呈现出较高的常温热导率(71.34W/(m·K))和较小的层片间距d_(002)(0.33556nm).石墨泡沫的常温比导热率能达到210(W·(m·K)~(-1)) /(g·cm~(-3)),是铜的5倍,铝的4倍.     

炭膜制备及其孔结构调控

炭膜作为近年发展起来的一种新型无机分离膜,有着广阔的应用前景.炭膜的孔结构是影响炭膜性能的根本性因素.评述了炭膜的分类和制备,着重阐述了原料性质、添加剂、炭化条件等主要因素对炭膜支撑体孔结构的影响以及预氧化条件对沥青基非支撑体炭膜孔结构的影响.并详细介绍了炭膜分离层孔结构的调控方法.     

APP对PUI泡沫泡孔结构及燃烧后炭层结构的影响

以聚磷酸铵(Ammonium Phosphate,APP)为阻燃剂,采用PI(poly-imide)预聚法制备了APP阻燃聚氨酯-酰亚胺泡沫塑料。利用偏光显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、热重(TGA)观察分析了APP对泡沫泡孔结构、热稳定性和炭层形貌的影响。重点探讨了泡孔结构的变化对燃烧后的炭层形貌的影响,并模拟了炭层的形成过程。结果表明,随着APP添加量的增加,泡孔直径由540.39μm下降到277.83μm,泡沫密度增加;APP的加入使泡沫的残炭率增加了30%;泡孔的棱边和顶点分别炭化膨胀为炭层上的棒状炭层和球状炭层,而泡孔薄膜破裂成孔洞;并且随着APP添加量的增加,棒状炭层和球状炭层尺寸增加,孔洞变小。     

制备条件对炭泡沫结构的影响

利用沥青在热解过程中产生挥发性气体自发泡和高压渗氮的原理，以石油中间相沥青为原料，采用高压反应釜制备炭泡沫材料。用SEM和偏光显微镜观察了材料的孔结构，分析了制备条件对炭泡沫结构的影响。结果表明，温度和压力是影响炭泡沫材料结构的重要因素，在实验条件范围内，较高的反应温度和压力有利于制备出较高性能的炭泡沫，其气孔率较高，韧带炭层排布规则。     

活性泡沫炭用于超级电容器电极材料

以酚醛树脂、煤沥青泡沫炭为原料,经水蒸气活化制得比表面积分别为961和953m2/g的活性泡沫炭。采用扫描电镜、BET吸附仪、恒流充放电法和循环伏安法对两种活性泡沫炭的结构进行了表征并研究其充放电性能。结果表明,酚醛树脂泡沫炭在1.0nm以下的孔较煤沥青泡沫炭丰富。在1.0mA充放电时,两者的充放电容量分别为106.28和105.1F/g,相差不大,当充放电电流增大到50mA时,前者容量为41.94F/g,后者为17.23F/g。可见,微孔的孔径分布对充放电性能具有很大影响,增大微孔的孔径有利于提高活性炭电极的充放电容量和功率。循环伏安法测试表明在100mV/min扫描速率下酚醛树脂泡沫炭粉的电化学窗口大于煤沥青泡沫炭粉。     

木材制备生物炭的孔结构分析

选取9种木材,采用干蒸裂解工艺制备生物炭材料,采用压汞法测定生物炭的孔体积、比表面积和孔径分布,并且对它们的孔隙结构进行对比研究。结果表明:由果木制备的生物炭的孔隙率最大,数值为53.13%,而桃木生物炭的孔隙率最小,数值为44.38%;通过分析生物炭材料在一定孔半径区间内的孔体积分布曲线和孔表面积分布曲线,得出了9种生物炭中小孔和微孔数量较多的为槐木和杏木,大孔和中孔数量较多的为桃木和桐木;聚类分析9种生物炭孔结构相似度发现,果木、柳木、槐木和杏木为微孔类,枸木和椿木为小孔类,柿木和桃木为中孔类,桐木为大孔类。     

泡沫炭材料研究进展

泡沫炭是由孔泡和相互连接的孔泡壁组成的一种轻质多孔材料,在许多民用和军用领域有广泛的应用前景,是一种极具开发潜力的碳材料.主要介绍了泡沫炭的制备方法、结构、性能及应用,并结合泡沫炭的研究现状,展望了其今后发展方向.     

煤基碳泡沫综述

概述了煤基碳泡沫的发展概况。阐述了煤基碳泡沫的制备方法和应用,分析了RVC碳泡沫、中间相沥青基碳泡沫和煤基碳泡沫的结构和性能特点,并且展望了煤基碳泡沫的潜在应用和研究方向。     

预氧化对中间相沥青泡沫炭结构和性能的影响机制研究

研究了预氧化对萘系中间相沥青的表面化学性质、族组成分布以及对泡沫炭的发泡条件、泡孔形成、孔结构及微结构的影响机制.当中间相沥青经210℃预氧化2h后,其喹啉不溶物含量增加32.3%,族组成分布变窄.在600℃/3MPa发泡条件下,所制石墨化泡沫炭的平均孔径、压缩强度分别为200μm、2.8MPa.     

双氧水对镁系无机泡沫材料性能和孔结构的影响

以镁系胶凝材料为基体,双氧水为发泡剂,采用化学发泡工艺制备了内部含有大量密闭气孔的镁系无机泡沫材料。研究了双氧水添加量对泡沫材料发泡倍率、体积密度、压缩强度、弯曲强度、孔结构参数以及导热系数的影响。研究结果表明:双氧水添加量增加,导致胶凝体中的气泡核增加以及气泡生长的内动力增大,气孔孔径变大,体积密度和力学强度减小;随着双氧水添加量增加,材料的导热系数不断减小,在双氧水添加量大于16‰时增大。镁系无机泡沫材料的压缩强度和弯曲强度与体积密度的回归方程分别为y=-6.06+24.19x,y=-0.64+3.82x,均为密切线性相关关系。且在双氧水添加量为8‰时泡沫材料取得最大力学强度,此时气孔孔径最小,孔结构参数较优,导热系数为0.071 W/(m·K),体积密度仅为0.54g/cm3。     

中间相沥青基泡沫炭的制备与结构表征

将石油系中间相沥青利用限定尺寸法发泡后获得了泡沫炭,泡沫炭再经氧化、炭化和石墨化处理获得了具有良好孔结构的泡沫炭.利用SEM和XRD分析了泡沫炭的形态和结构.发现调整发泡模具中的自由空间可以控制泡沫炭的孔径;炭化和石墨化后泡沫炭的孔径减小,孔壁片层取向接近石墨;泡沫炭的孔壁由平直孔壁和“Y”形孔壁结构成,前者内部片层取向优于后者.大孔径泡沫炭的孔壁具有更紧密的内部分子排列,但其微晶尺寸较小.     

氨基改性碳纳米管的制备及对聚氨酯泡沫材料的影响

在碳纳米管表面引入大量氨基后,将其加入水为发泡剂的聚氨酯发泡体系,研究了碳纳米管对聚氨酯泡沫泡孔结构和力学性能的影响。实验结果表明,氨基表面改性碳纳米管的引入有助于提高聚氨酯泡沫孔壁结构的完整性,并且泡孔分布更加均匀。随着体系中碳纳米管含量的增加,泡沫孔径尺寸先减小后增大,当填充量为0.75%时,泡沫材料具有最小平均孔径(0.23mm)。扫描电子显微镜观察发现该条件下泡孔分布均匀,结构最为完整。同时,材料的力学性能也表现出相同的规律,当碳纳米管含量为0.75%时,材料具有最大压缩强度和压缩模量,分别为0.14 MPa和2.09 MPa,与纯聚氨酯的泡沫材料相比分别提高了100%和161%。     

镀铜碳纤维增强铝基泡沫材料结构的特性表征

以纯铝为基体材料,TiH2为发泡剂,镀铜碳纤维为添加剂,制备了不同孔隙率的泡沫铝材料。研究了发泡时间、镀铜碳纤维掺杂量对泡沫铝相对密度、孔径和微观结构的影响。结果表明,在碳纤维含量相同情况下,发泡时间越短,泡沫铝试样的相对密度越大,孔径越小。发泡时间相同时,碳纤维含量越多,泡沫铝的相对密度越大。SEM检测表明,碳纤维在Plateau边界内随机分布,而在气泡壁中和气泡壁表面基本呈平行分布,未发生团聚现象。     

泡沫铝孔壁厚度、孔隙率和平均孔径之间的关系

利用三维建模软件建立了球形泡孔的泡沫铝三维模型,根据几何关系推导和代数函数求解,计算出能直观反映泡沫铝孔隙率、平均孔径和孔壁厚度三者关系的数学表达式:m=(0.95231/η-1)d。取同一泡沫铝试样的多个线切割截面图并将图片二值化处理,分别将二值化后图片读入图像分析软件Image-proplus5.0中测量出截面平均孔壁厚度(mi),取各截面mi的算术平均值作为该试样实际孔壁厚度(m实测);同时用软件统计出截面平均孔径(di)和孔隙率(η),将各截面di的算术平均值(d)和η带入数学关系式得出该泡沫铝试样孔壁厚度的模型计算值(m计算)。经过对比5个试样发现,m计算与m实测之间的误差小于5%,模型的预测值与泡沫铝的实测值基本吻合。     

孔结构对泡沫混凝土性能的影响与控制技术

泡沫混凝土是我国水泥基建筑材料的重要组成部分,分析了孔结构的分类及其对泡沫混凝土的强度、耐久性、保温系数等宏观性能的影响,发现泡沫混凝土的宏观性能与孔结构密切相关.总结了泡沫混凝土孔结构的控制技术,发现水灰比、矿物掺合料等的加入都会影响孔的形成.在此基础上,提出加强对建立孔结构与宏观性能之间的理论模型、孔结构与宏观性能间关系的适用范围、孔的定量控制等方面的研究.     

椰壳活性炭孔结构对Li-S电池性能的影响

以椰壳为原料,采用化学活化法制备不同比表面积和孔结构的活性炭,通过改变制备工艺参数来调节活性炭的比表面积和孔结构。将活性炭负载60%(质量分数)硫后,作为锂硫电池的正极材料,研究活性炭孔结构对锂硫电池性能的影响。结果表明:随着活性炭比表面积的增加,中孔比例增加,锂硫电池比容量逐步提高。其中,当活化剂与炭化料的质量比为4时,活性炭的比表面积达到2900m2/g,中孔率达到15.36%。在电流密度为200mA/g时,首次放电比容量高达1294.5mAh/g,循环100次后的可逆比容量仍然高达809.3mAh/g。