硅/石墨烯/碳复合材料的制备及其储锂性能研究

通过氧化、PDDA-PSS-PDDA改性、包覆石墨烯、复合对苯二胺、800℃碳化,从而制得硅/石墨烯/碳复合材料,并对其形貌及性能进行了研究。结果表明,石墨烯含量为200mL时,制备的复合材料作为锂离子电池负极材料表现出良好的电化学性能,首次可逆充电比容量为957.2mAh/g,循环100次后,比容量可稳定在761.0mAh/g。     

沥青包覆天然石墨性能的研究

采用液相及动态熔融法使沥青炭均匀包覆于天然石墨的表面,观察天然石墨的表面结构,测量其物理参数,考核复合材料的充放电性能.结果表明:天然石墨表面存在沥青热解碳,粒径、振实密度增大,复合炭材料的充放电容量、循环性能都得到提高.添加5%沥青经400℃炭化3h、850℃热处理2h的样品,电化学性能最好,可逆容量为362mAh/g,不可逆容量为31.7mAh/g,首次充放电效率为92.0%,30个循环周期后,容量保持率为96.6%     

碳纳米管与石墨烯协同改性天然石墨及其电化学性能

以碳纳米管和氧化石墨烯为原料,二者按5∶3混合超声分散再高温还原制备碳纳米管/石墨烯/天然石墨(CNTs/rGO/NG)锂离子复合负极材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和电化学测试等分析技术对复合材料的形貌、结构、电化学进行表征。结果表明:石墨烯和碳纳米管在天然石墨表面形成三维立体网络结构。与纯天然石墨相比,CNTs/rGO/NG复合材料具有良好的倍率性能和循环寿命,在0.1C时首次放电比容量为479mAh/g,可逆容量达473mAh/g,循环100次后容量为439.5mAh/g,容量保持率为92%,在0.5,1,5C不同电流倍率时容量依次为457,433,394mAh/g。     

湿法制备聚偏氟乙烯-六氟丙烯聚合物隔膜的研究

采用湿法以PVDF-HFP(聚偏氟乙烯-六氟丙烯)为本体聚合物制备了聚合物锂离子电池用隔膜.正交实验结果分析表明,工艺条件中静置时间和水浴温度为主要影响因素,并研究了这两个因素对隔膜形貌和电化学性能的影响.采用交流阻抗技术和PC(碳酸丙烯酯)浸入实验分别测定了隔膜的电导率和吸液率.采用最佳的工艺条件:搅拌温度/静置时间/空气湿度/水浴温度为55℃/10min/45%/40℃制备的聚合物隔膜装配电池,首次充放电效率为87%,放电比容量335mAh/g,充电比容量291mAh/g,表现出良好的电化学性能.     

钠离子电池用膨胀石墨的电化学法制备及性能探究

为了探究膨胀石墨的储钠性能,利用电化学法制备了膨胀石墨,采用XRD对其结构进行了表征,并利用恒电流充放电、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)对其储钠性能进行了分析。结果表明,鳞片石墨经过电化学氧化再经过高温瞬时膨胀之后,层间距略微增大,但依然保持着石墨的层状结构。以二乙二醇二甲醚(DEGDME)为电解液,膨胀石墨对钠离子表现出较好的嵌/脱钠容量、倍率性能和循环性能:当电流密度为700mA/g时,其可逆比容量为110.9mAh/g,是10mA/g时容量的66.8%。在100mA/g电流密度下循环100次时,其第100次循环时的放电比容量为154.8 mAh/g,第一次循环时的放电比容量为134.8 mAh/g,容量保持率为114.8%。通过PITT测试,得出钠离子在膨胀石墨中的化学扩散系数为DNa+=7.7×10-8 cm2/s。     

碳纳米粉用于锂离子电池负极材料的研究

采用XRD,SEM,IR光谱和物理测试等方法,研究了碳纳米粉的结构与性能及电化学性能。结果表明碳纳米粉的粒度为30nm,具有石墨结构,碳纳米粉的首次放电比容量为391.5mAh/g,首次循环可逆比容量是336.0mAh/g,不可逆容量仅是21.9mAh/g。碳纳米粉的循环伏安曲线的峰形与峰位基本相同,没有还原电流峰。结果显示碳纳米粉适用于做锂离子电池负极材料。     

三维网络结构氧化铜纳米线锂离子电池负极材料的制备和性能研究

通过阳极氧化法和后退火处理在铜箔上合成了三维网络结构氧化铜纳米线,将其作为负极材料制备了无需添加粘结剂的锂离子电池。研究了恒压氧化时间对材料形貌和电化学性能的影响。在1C的倍率下,氧化1000 s制备的CuO纳米线表现出最高的1172 mAh/g首圈放电比容量和594 mAh/g的可逆比容量,500圈循环可逆比容量为607.6 mAh/g,可逆容量保留率为102.3%。交联的三维网络结构CuO纳米线相互支撑,提供稳定的结构,有效缓解了CuO纳米线作为锂离子电池负极材料中的体积膨胀问题,表现出了优异的倍率性能和循环寿命。     

新型锂离子电池负极材料COFe3Sb12

用高能球磨方法制备出CoFe3Sb12合金粉末,研究了电化学性能。结果表明,CoFe3Sb12中的活性元素Sb可以与锂离子发生可逆电化学反应,其嵌锂产物为Li3Sb。CoFe3Sb12电极在20mA/g的电流密度下第一次可逆容量为396mAh/g。在材料中加入原子分数为50％的石墨（化学计量式为CoFe3Sb12-C16)后,以100mA/g进行充放电时,第一次可逆容量为380mAh/g。电极的循环寿命性能优良。     

锂离子电池用硅/石墨/碳复合负极材料的电化学性能

采用湿法混料及高温热解法制备了锂离子电池用硅/石墨/碳复合负极材料,并研究了不同配方的复合材料结构及电化学性能。研究发现,硅含量为20%(质量分数)时,复合材料首次可逆容量为865mAh/g,循环30次后仍为757mAh/g,容量保持率可达88%,大大改善了硅基材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能。     

核壳结构Si/C复合负极材料的制备与储锂性能研究

以酚醛树脂包覆纳米硅颗粒后通过碳化处理,制备了具有核壳结构的Si/C复合负极材料,并研究了碳化温度和电极中活性物质含量对储锂性能的影响。透射电子显微镜分析结果表明,该复合材料由厚度为5~15nm的无定型碳壳包覆的硅颗粒组成。电化学测试表明,750℃碳化所得复合材料在活性材料∶粘结剂∶乙炔黑=1∶1∶1(质量比)时,初始放电容量为1836mAh/g(首次库仑效率84.8%),循环50次后仍可保持873mAh/g的可逆容量。此外,具有核壳结构的Si/C复合负极比纯硅负极表现出更好的循环稳定性,这可能是因为碳壳的存在缓解了硅的体积膨胀、改善硅的导电性,在一定程度上保证了Li+嵌入和脱出过程的稳定进行。     

聚合物共混制备纳米和多孔碳纤维及性能研究

聚丙烯腈(PAN)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共混膜的结构和尺寸可由两组分比例和分子量调整。以PAN为碳前驱体,PMMA为热分解聚合物,并控制m(PAN)/m(PMMA)为30/70和70/30,通过湿法纺丝制备了PAN/PMMA共混纤维。以m(PAN)/m(PMMA)为30/70和70/30的共混纤维为原丝经碳化后获得了纳米碳纤维(CNFs)和多孔碳纤维(PCFs)。利用扫描电镜观察了所得CNFs和PCFs的形貌,发现单根CNFs的直径为50～150nm,PCFs中孔的直径为0.1～1μm。由CNFs和PCFs的拉曼光谱分析了不同碳化温度对CNFs和PCFs石墨化程度的影响,结果表明随碳化温度升高,石墨化程度也增加,同时电导率也随之提高。     

高定向石墨块的控制制备及其导热性能影响因素研究

以廉价易得的高结晶度天然鳞片石墨(NG)和中间相沥青为原料, 采用中温热模压一次成型再高温炭化、石墨化处理可以制备高密度、高定向、高导热石墨块体材料。XRD、SEM和PLM分析表明该石墨块具有高度择优取向结构, 其内部石墨片垂直热压方向有序堆积排列。原料中鳞片石墨和沥青粘结剂的组成和配比以及制备工艺参数等对所制石墨材料的面向导热性能有显著影响。采用86wt%+32目鳞片石墨和14wt%AR中间相沥青在500℃、10 MPa下热模压成型的炭块经1000℃炭化、2800℃石墨化后样品的热物理综合性能较好, 其体积密度达到1.91 g/m³以上, 室温面向热导率为550 W/(m·K), 3000℃石墨化室温面向热导率高达620 W/(m·K)。     

PAN预氧纤维径向结构分布特征对石墨纤维的影响

径向结构是实现PAN基石墨纤维高模高强化的重要影响因素之一,有效调控、优化石墨纤维径向结构分布特征对制备高性能石墨纤维具有重要的指导意义。通过对径向分布特征不同的预氧纤维进行炭化、石墨化处理,研究PAN预氧纤维径向结构分布特征对石墨纤维径向结构分布特征和力学性能的影响。结果表明,石墨纤维径向结构是在预氧纤维径向结构上继承发展而来,含有较多共轭结构的预氧纤维皮部区域在炭化、石墨化处理后石墨化程度较高,有利于纤维力学性能提高,但过高的预氧化温度不仅使纤维中含氧结构增多,还使石墨纤维径向结构差异过大,导致石墨纤维的结构致密性下降,皮芯间产生剪切应力,纤维承载能力下降,力学性能受损。     

Dielectric and microwave-absorption properties of the partially carbonized PAN cloth/epoxy–silicone composites

Partially carbonized PAN cloth/epoxy–silicone composites were prepared as microwave-absorbing materials in this paper. Their dielectric properties were studied in X-band, and the results showed that the complex permittivity of the composites was closely correlated with the carbonization degree of PAN cloth. The microwave wave absorption ability of the composites could be primarily attributed to the growth of graphite sheets in partially carbonized PAN cloth, which could be optimized by means of controlling carbonization temperature and time of the stabilized PAN cloth. The results demonstrated the possible applications of partially carbonized PAN cloth/epoxy–silicone composites as lightweight electromagnetic wave absorbers.     

炭/炭复合材料表面预炭层的制备及其性能研究

为在炭/炭复合材料表面制备C/SiC浓度梯度高温抗氧化涂层,预先用料浆涂刷-高温处理工艺在其表面制备了预炭层.借助XRD、Raman和SEM等测试手段对所制备预炭层的组织结构和微观形貌进行了表征,讨论了不同的原料配比和炭化温度对预炭层结构的影响,并对预炭层与基体的结合性能进行了测定.研究结果表明：制备的预炭层结构致密,与基体具有较好的结合性能,其结合强度可达10.95MPa.不同的原料配比和炭化温度影响了炭层序态结构的形成,最终形成了不同结构的预炭层.     

PAN基碳化纤维的电性能及应用

采用连续预氧化碳化法,在700～1300℃制备了聚丙烯腈(PAN)基碳化纤维。使用元素分析仪、X射线衍射仪和高精度电阻仪检测了碳化纤维的化学成分、物相结构和体电阻率;使用绝缘电阻仪测试了碳化纤维/树脂复合涂层的表面电阻率。研究结果表明,随着碳化温度的升高,纤维的碳元素含量增大,同时纤维中形成大量类石墨结构,增强了纤维的导电性,碳化纤维的电阻率由1.12Ω.cm急剧下降至1.95×10-3Ω.cm;在树脂中添加短切碳化纤维制备的防静电复合涂层的表面电阻率可在104～107Ω之间调整。     

低温炭化温度梯度对聚丙烯腈预氧纤维结构演变及碳纤维性能的影响

聚丙烯腈(PAN)预氧纤维在低温炭化阶段经热裂解重组而转化为具有乱层石墨结构雏形的低温炭化纤维,此阶段的温度调控对最终碳纤维的结构与性能有着重要影响。采用¹³C固体核磁共振谱图(¹³C-NMR)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)和力学性能分析等手段,研究预氧纤维在低温炭化阶段的反应进程、温度梯度调控对预氧纤维的结构演变和碳纤维结构及性能的影响。结果表明:PAN预氧纤维在低温炭化过程中,经450℃热处理后碳结构的支链化程度达到最大值0.99,当处理温度达到550℃后,以芳环链段的重组交联为主要反应。低温炭化温度梯度影响预氧纤维的结构演变进程,当采用350—450—650℃的梯度升温模式时,先经450℃处理的低碳纤维中—C—C基团的¹³C-NMR位移最大,表明纤维内的支化交联反应最多,再经650℃处理的纤维d₀₀₂以及相应高碳纤维的I_A/I_G达到最大,说明其无定形碳相对含量最多,因而最终碳纤维的力学性能最差;当采用350—550—650℃的梯度升温模式时,纤维内裂解与重组交联反应有序开展,低碳和高碳纤维的碳结构更优,最终碳纤维的致密性及力学性能得到提升。     

碳化法制备超细氢氧化铝微粉晶种的研究

为研制超细氢氧化铝微粉生产所需的活性晶种,提出一种碳化分解制备氢氧化铝微粉晶种的方法,对制备过程中的Al2O3的浓度、反应温度、CO2通气速度等因素进行研究,并进行工业扩大试验。结果表明:用碳化分解法得到的活性晶种粒度分布均匀且稳定;以碳化法制种分解得到的微粉产品指标能够达到或超过现有机械磨、中和法制种得到的微粉产品指标。     

基于石墨烯特征制备新型柔性石墨膜的研究进展

石墨材料具有密度低、热膨胀系数低和热导率较高等优点,是近年来最具有发展前景的导热材料。主要综述了聚酰亚胺薄膜制备高导热新型柔性石墨膜的研究进展,并结合笔者的研究对形成石墨膜过程中存在的问题进行了简要分析。在此基础上着重综述了碳化和石墨化过程中化学结构的变化,薄膜由无序堆积结构转变成类石墨结构,其导电和导热性显著提高。综述了温度变化导致结构变化,从而对薄膜导电导热型产生影响的研究进展。这种新型薄膜在电子封装和国防工业等诸多领域都有极大的应用前景,薄膜对于该领域的前景和发展都具有重要的科学意义和应用价值。     

基于FAHP方法的家用健身车外观设计偏好

目的 以家用健身车为实验对象,以感性工学为基础,利用FAHP方法探讨消费者感性需求、偏好与产品外观设计元素之间的关系。方法 在对40位专业人士及健身车消费者的问卷调查基础上,以模糊层次分析法为测试方法进行综合评价。通过层级分析法建立包含健身车屏幕、把手、把手支架、主体轮廓及底座5个属性在内的指标评价体系。根据市面上70款健身车样本提炼出待评价类目,将测试的结果及所得的相对权重值与模糊评价方法相结合,进行等级评价和优先次序排列。结论 最终得出各项外观设计因素的评价结果及相对权重值,并形成外观设计偏好的优先次序结果,为企业和设计师提供技术指导,设计出符合消费者真实生活需求的健身器材。