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。     

水溶性煤基发光碳点的室温快速合成及其在Fe3+离子检测中的应用(英文)

碳量子点具有优异的光学性质，良好的水溶性、低毒性、原料来源广、成本低、生物相容性好等诸多优点，广泛应用于发光器件、生物检测、能源存储与转换领域，但在实际应用中还存在合成过程复杂、产率低等挑战。本文以煤为原料，以甲酸和双氧水为氧化剂，在室温下可大量合成煤基发光碳点，考查了氧化剂的添加量、反应时间对煤基发光碳点的产率及反光性质的影响，结果表明煤基发光碳点产率高达54%，且具有良好的水溶性、光稳定性、耐盐性和较高的发光量子效率。制备的煤基发光碳点可用于Fe³⁺离子的特异性检测，检测限低于600 n mol L^-1。该合成方法为煤的高附加值利用和设计开发煤基新材料提供了新途径。     

基于分形理论的碳泡沫有效导热系数研究

以煤焦油基中间相沥青为原料，在一定的温度和压力条件下升温发泡，然后再经碳化、石墨化便可以制得一种高导热系数的多孔材料——碳泡沫。应用分形理论讨论了这种新型多孔材料的导热特性，推导出了碳泡沫的面积分形维数，并在此基础上建立了石墨化碳泡沫材料的导热模型，采用热阻法导出了石墨化碳泡沫材料的等效导热系数的关系式，计算出了碳泡沫的有效导热系数，计算结果与碳泡沫样品的实测值基本一致，这种方法为更好地利用其优良的导热性能提供了理论基础。     

新型多孔碳泡沫材料的制备及其应用研究

碳泡沫材料不同于常规碳材料,是一种以碳原子相互连接成为骨架结构的轻质多孔固体材料,具有新颖的结构和形貌。空腔的结构包括五边形十二面体和球形等。由于具有独特的微观结构、较高的孔体积和较大的表面积以及优良的热导率和抗压性等特点,使其在众多领域里显示出潜在的应用价值,可应用于催化剂载体材料、复合材料和电化学等领域。因此,新型的碳泡沫材料及其应用研究迅速成为碳材料研究领域的热点之一。综述了新型碳泡沫材料的制备及其应用的研究进展,探讨了碳泡沫材料制备和应用方面所面临的实际问题以及今后在实际应用中的发展趋势和前景。     

碳泡沫吸波性能的研究

制备了具有三维网络结构的泡沫碳材料并研究了其吸波性能。结果表明：碳泡沫的电导率随着其热解温度的提高而增加。碳泡沫的电导率对其吸波性能有重要影响。随着电导率从0．02S／cm提高到1．03S／cm，碳泡沫对入射电磁波从透波为主转变为反射为主，吸波性能先逐渐变好，然后又逐渐变差。对于1.0mm网孔尺寸、30％体积分数和15mm厚度的碳泡沫来说，电导率为0．46S／cm时具有最佳的吸波性能，在4～15GHz整个频段上的反射率均在-6dB以下，体现了宽频带的吸收特征。碳泡沫的网孔尺寸、体积分数和厚度均对其吸波性能有一定影响。     

煤基球形多孔碳用于锂离子电池负极材料的性能研

因具有较短的锂离子扩散路径、大的比表面积等优势, 球形碳材料在锂离子电池负极材料中展露出良好的应用前景。研究以新疆库车产煤为原料, 采用电弧放电法及化学活化法制备出了具有多孔结构的煤基球形碳。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、氮气吸脱附法和恒电流充放电等测试手段对材料结构、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明, 在100 mA/g的电流密度下, 煤基球形多孔碳的首次放电比容量可达到1188.9 mAh/g, 远高于商业石墨负极372 mAh/g的理论比容量。此外, 该材料还表现出了良好的循环稳定性, 经历200圈循环后的放电比容量为844.9 mAh/g。煤基球形多孔碳优异的电化学性能得益于活化过程所产生的分级孔道结构能为锂离子提供更多储存空间, 从而提高了电极的容量及循环稳定性。     

煤基球形多孔碳用于锂离子电池负极材料的性能研究

因具有较短的锂离子扩散路径、大的比表面积等优势,球形碳材料在锂离子电池负极材料中展露出良好的应用前景。研究以新疆库车产煤为原料,采用电弧放电法及化学活化法制备出了具有多孔结构的煤基球形碳。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、氮气吸脱附法和恒电流充放电等测试手段对材料结构、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明,在100 m A/g的电流密度下,煤基球形多孔碳的首次放电比容量可达到1188.9 mAh/g,远高于商业石墨负极372 mAh/g的理论比容量。此外,该材料还表现出了良好的循环稳定性,经历200圈循环后的放电比容量为844.9 mAh/g。煤基球形多孔碳优异的电化学性能得益于活化过程所产生的分级孔道结构能为锂离子提供更多储存空间,从而提高了电极的容量及循环稳定性。     

碳化温度对泡沫碳光热水蒸发性能的影响

采用表面活性剂发泡法制备三维多孔泡沫碳光吸收体，通过改变碳化温度调节泡沫碳有机质/C相对含量比，研究其与光吸收、导热率的关系，找到最优平衡点，综合优化太阳光水蒸发性能。结果表明，泡沫碳的碳化温度对泡沫碳中有机质/C相对含量比和孔结构有直接影响，有机质/C相对含量的降低可有效提高样品光吸收率，但也会引起隔热性能降低，使水蒸发体系热管理能力变差；碳化温度为600℃时，泡沫碳光吸收-热管理达到最优平衡点，获得最高的光吸收率(96.5%)和最优的太阳光水蒸发性能(1.0391 kg m^-2 h^-1),其水蒸发率是纯水的2.08倍。     

碳纳米泡沫：有不寻常磁性的纯碳物质

近几十年来，人们对新奇的碳结构的研究有着很大兴趣，比如巴基球结构和纳米管结构。1997年，澳大利亚的研究者又发现了另外一种碳的形态：蛛网状、与分形相似的合成物，他们称之为纳米泡沫。在今年三月美国物理学会的会议上，该研究组报告说这种轻薄的物质是铁磁性的(像铁一样)，是唯一有这种属性的纯碳物质。这种泡沫的磁性行为使得具有革新意义的应用成为可能，比如在磁共振成像中作为对比增强剂。     

运用分形方法预测石墨化碳泡沫方向导热系数

石墨化碳泡沫是高导热系数材料,具有方向导热性能,垂直发泡方向(xy平面)和沿发泡方向(垂直xy平面)的导热系数有明显的差异.应用分形方法通过确定碳泡沫的泡孔结构的分形维数,结合泡孔热阻单元,分析了石墨化碳泡沫的导热特性,推导出了碳泡沫的方向导热模型.计算结果与文献中石墨化碳泡沫样品的实测值基本一致,该方法为更好地利用其优良的方向导热性能提供了理论基础.     

煤基石墨烯宏观体的制备及其在CO_2光催化还原过程中的应用

石墨烯是一种新型二维碳质材料,以石墨烯为基本结构单元构筑宏观石墨烯材料是石墨烯走向实际应用的重要途径。以煤基石墨为原料,综合采用Hummers法、化学还原及冷冻干燥过程制备出煤基石墨烯宏观体。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱等对样品形貌结构进行了分析表征。此外,以煤基石墨烯宏观体为光催化剂填料搭建固定床反应器,应用于CO_2光催化还原过程。结果表明,煤基石墨烯宏观体对CO_2光催化还原反应具有较高的催化活性,目标产物甲醇的产率最高可达65.91μmol/g·cat。     

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。     

低密度TMPTA泡沫的制备及表征

低密度聚合物泡沫在惯性约束聚变靶及电磁内爆靶中应用十分广泛。以三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMP-TA)为聚合单体,安息香甲基醚为引发剂,通过紫外光引发生成凝胶,经超临界干燥得到TMPTA泡沫材料。通过红外光谱仪和元素分析仪确定了TMPTA单体中官能团转化率及泡沫纯度的表征。实验结果表明,聚合反应过程中,在1636cm-1附近碳碳双键(C=C)的转化率为40.48%,泡沫为高纯度的低密度TMPTA泡沫,机械强度可满足核磁内爆靶(Z-pinch)靶装配的需求。     

石蜡/泡沫碳相变复合材料的制备及蓄热实验

以石蜡类正二十烷相变材料为填充材料,泡沫碳为基体材料,制备了石蜡/泡沫碳相变复合材料。采用差示扫描量热法(DSC)分析了正二十烷相变材料的热物性,通过扫描电子显微镜(SEM)分别获得了泡沫碳和正二十烷/泡沫碳相变复合材料的表面形态图像。搭建了相变蓄热装置实验台,对3种不同材料的相变蓄热装置进行蓄放热对比实验,记录并分析了相变蓄热装置温度测试数据。与正二十烷的结果对比,泡沫材料的填充大幅提高相变材料的传热性能。在蓄热过程中,泡沫复合相变材料的升温速率明显降低;在放热过程中,正二十烷/泡沫碳相变复合材料温度恢复至室温的时间比纯二十烷恢复至室温的时间减少约30%。     

短纤维增强聚丙烯泡沫复合材料的研究新进展

详细介绍了天然纤维、短玻璃纤维、碳纳米纤维及晶须等在增强PP泡沫复合材料中的应用;重点阐述了短纤维的种类和含量对发泡行为、微观结构及力学性能等的影响规律,并总结了相关增强机理;展望了短纤维/PP泡沫复合材料的发展趋势。     

对苯二胺改性酚醛泡沫的性能研究

采用对苯二胺改性酚醛树脂分子结构并对酚醛树脂进行发泡制得性能优异的改性酚醛泡沫。通过红外光谱、核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、GPC和旋转黏度计对改性酚醛树脂进行表征，结果表示对苯胺已经成功引入酚醛树脂分子结构中，改性树脂分子量提高了25%。对改性酚醛泡沫的吸水率、质量损失率、尺寸稳定性、热重、极限氧指数等进行测试，结果表明：改性泡沫的吸水率最低可达到4.28%;质量损失率最低可达到3.94%;尺寸稳定性明显提高；质量损失5%时的温度、热分解峰值温度和残碳率均有所提高；极限氧指数最高可达41.2。对苯二胺改性酚醛泡沫具有更优异的耐热性和阻燃性。     

酚醛树脂为前驱体制备多孔碳泡沫材料

以液态酚醛树脂为前驱体,正戊烷为发泡剂,吐温80为匀泡剂,在高压釜中通过卸压发泡的方法制备了酚醛树脂泡沫,然后将其经1000℃碳化后得到碳泡沫.研究结果表明,所得的典型碳泡沫样品是一种以无定形碳结构为主的轻质多孔碳材料,密度约为0.15g/cm3.碳泡沫的微结构可以通过调节卸压速率而得到有效控制,当卸压速率为0.05MPa/min时,可以得到孔洞相互贯穿、平均孔径约为300μm且分布较为均匀、接点完好,韧带光滑的多孔碳泡沫.     

浸渍KOH研制煤基高比表面活性炭

研究了在煤基活性炭生产工艺中浸渍ＫＯＨ方法对煤基活性炭吸附性能的影响，试验发现：采用竞争吸附剂加ＫＯＨ浸渍可显著提高煤基活性炭的比表面及吸附性能，利用水蒸汽活化法制得比表面＞１５００ｍ２／ｇ的煤基活性炭     

柔性碳/三聚氰胺复合泡沫的电磁屏蔽与传感特性

智能可穿戴设备不断发展,对柔性传感与电磁屏蔽提出了更高的要求。以三聚氰胺泡沫为基底,通过一种低成本、短周期的浸渍-化学镀镍工艺,将纳米碳质颗粒等物质包覆于三聚氰胺泡沫骨架,制备了兼具电磁屏蔽与柔性传感的复合泡沫材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、万能试验机、电化学工作站和矢量网络分析仪研究了碳/三聚氰胺复合泡沫的微观结构、循环压缩、应力传感特性及电磁屏蔽效能。结果表明,碳/三聚氰胺复合泡沫呈三维开孔网状结构,压缩韧性良好;镀镍后,复合泡沫的最大应力为2.75 MPa,循环压缩前两圈吸收能量为22.17 MJ·cm^-3。碳/三聚氰胺复合泡沫呈压阻式传感特性,在低应力区传感准确性良好,测试范围较宽,灵敏度为(0.62±0.06) kPa^-1;镀镍后,响应电流增大,复合泡沫在高应力区传感准确性良好,灵敏度为(3.38±1.0) kPa^-1。碳/三聚氰胺复合泡沫的电磁屏蔽以吸收屏蔽效能为主。镀镍前,电磁屏蔽效能与密度呈正相关,当密度为0.168 g·cm^-3时,复合泡沫的比电磁屏蔽值最优,为182.86 d...     

煤基活性炭电极材料的改性方法研究现状

煤基活性炭是超级电容器电极的主要材料之一,分析了煤基活性炭的性质与超级电容器性能的关系,介绍了活性炭的表面结构,论述了活性炭表面化学性质的改性方法的研究进展,认为多种方法复合改性是煤基活性炭改性的发展方向,并阐述了电极用活性炭材料的应用趋势。