类松果状NiMoO_4/MnO_2复合材料的合成及超级电容性能

以Na_2MoO_4·2H_2O、Ni SO_4·6H_2O和MnO_2为原料,采用水热法成功制备了类松果状NiMoO_4/MnO_2复合材料.通过X射线衍射、扫描电子显微镜、恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗对材料进行表征.结果表明,MnO_2的最佳质量分数为10%,所得NiMoO_4/MnO_2复合材料具有类松果状形貌,其颗粒直径为200～600 nm,且表面粗糙、多孔;在1 A·g~(-1)的电流密度下,MnO_2质量分数为0、5%、10%、15%、20%时,所得复合材料NM0、NM5、NM10、NM15和NM20的放电比电容分别为260、248、650、420和305 F·g~(-1).在电流密度为10 A·g~(-1)下,最佳样品NM10复合材料的首次放电比容量为102 F·g~(-1),经过100次循环后,其放电比电容稳定在147 F·g~(-1).该性能的提高,主要是由于MnO_2的引入弥补了NiMoO_4单一材料存在的不足,从而达到协同增效的作用.     

甘蔗渣制备的多孔碳材料的储锂性能研究

针对商业化石墨的理论容量及其他碳基材料昂贵的制备成本等问题,需要寻找1种低成本的新型碳材料。以甘蔗渣为碳源,采用水热碱活化的方法制备多孔活性炭材料,并与传统活化方法制备的活性炭作对比。通过XRD、SEM、BET及电化学性能测试对多孔活性炭材料的性能进行表征。研究结果表明:作为锂离子电池负极材料,水热活性炭(HAC)表现出比传统方法制备的活性炭(TAC)更高的比容量及更好的循环性能(100次循环后仍保持371.3mAh/g的比容量),其主要原因在于HAC独特的分层多孔结构和高比表面积。     

锂离子电池正极材料LiMnPO4/C的固相法制备及性能研究

以碳酸锂、碳酸锰和磷酸二氢铵为原料,以蔗糖为碳源,采用固相法制备了Li Mn PO4/C复合正极材料。利用正交试验考察了焙烧温度、焙烧时间、球磨时间、锂锰摩尔比和蔗糖用量对材料首次放电比容量的影响,得到了最佳工艺条件。通过XRD、SEM、同步热分析仪和充放电测试仪等测试了材料的结构和电化学性能。所得材料在室温下电流密度为0.1 C、0.5 C和1 C时首次放电比容量分别为130.5 m Ah/g、125.8 m Ah/g和117.1 m Ah/g,经过50次循环性能测试后容量分别为113.2 m Ah/g、98.1 m Ah/g和85.4 m Ah/g;在电流密度为0.1 C且温度为60℃时,其首次放电比容量为156.4 m Ah/g,测试结果表明循环性能较好。     

不同体积比混酸处理活性炭对VO~(2+)/VO_2~+活性的影响

采用冷凝回流的方法处理活性炭材料,讨论了硫酸与硝酸不同体积比(2:1、1:1、1:2、1:3)处理的活性炭材料对VO2+/VO2+电化学活性的影响.傅里叶变换红外测试表明,通过混酸处理,活性炭材料上只接入了羟基.比表面积仪和循环伏安分别检测了处理前后样品的表面特性及电化学性能.结果表明,VO2+/VO2+在处理后的碳材料上具有较大的活性,当硫酸与硝酸的体积比为1:2时,处理后的碳材料表现出最好的电化学性能,其ΔEp为154 m V,比未处理碳粉的ΔEp减少了3.3倍,氧化峰电流密度为28.24 m A·cm-2,提高了1.4倍,还原峰电流密度为19.73 m A·cm-2,提高了2.1倍.     

具有核壳结构的FeS_2微米球与碳纳米管原位复合介孔材料的构建及其在锂离子电池中的应用

通过简单的水热反应原位合成了具有核壳结构的FeS_2微米球与多壁碳纳米管复合的介孔材料(C-S-FeS_2@MWCNT). FeS_2微米球表面由纳米片状颗粒堆叠形成的厚度为～350 nm壳层,以及以化学键的形式吸附在微球表面的碳纳米管共同构成了材料保护层.保护层具有丰富的官能团和大量的孔隙结构,保证了锂离子扩散通道,并有效抑制了体积膨胀. C-SFeS_2@MWCNT在200 mA·g~(-1)的电流密度下,250次循环可逆容量达到638 mA·h·g~(-1),倍率性能也得到明显改善,为过渡金属硫化物电极材料的微米化设计和体积能量密度的提升提供了可能.     

氮磷共掺杂三维石墨烯的制备及其电化学性能的研究

有机元素共掺杂能有效改善碳材料的电容性能。通过氮、磷共掺杂合成三维石墨烯(N/P-G)电极材料。通过XRD、SEM、TEM、XPS等对样品微观结构和表面物性进行表征。结果表明,当掺杂氮含量为7.03%,磷含量为4.62%,所合成N/P-G的比表面积可达156.138 m2·g-1,其平均孔径为4.45 nm,同时具有三维多孔结构。电化学性能研究表明,在1 A·g-1电流密度下比电容高达145.4 F·g-1,在16 A·g-1电流下比电容仍可保持100.8 F·g-1。所制备的氮磷共掺杂石墨烯作为电极材料可以应用于超级电容器中,前良好。     

锂离子电池用硅负极材料的研究进展

硅基材料具有较高的储锂比容量,是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。然而,硅负极在充放电过程中巨大的体积效应以及较低的电导率限制了其商业化应用。目前,提高硅负极性能的措施主要包括:材料纳米化、复合化以及结构特殊化等。本文报告了近年来硅基材料作为锂离子电池负极材料在纳米化、复合化及结构特殊化等研究领域的最新研究进展,并展望了硅基材料作为锂离子电池负极材料的发展前景。     

单向碳/环氧和玻纤/环氧复合材料扭转疲劳性能

提出碳/环氧复合材料作为柔性梁材料的可行性。对相同树脂基体的单向碳纤维复合材料和玻璃纤维/环氧复合材料的扭转疲劳性能进行研究。碳纤维复合材料的初始扭转刚度几乎与玻璃纤维复合材料相同。采用有限元计算的扭转刚度与试验结果吻合:扭转刚度主要受控于材料的剪切刚度。通过控制正弦波扭转的角度,进行了恒定受拉轴向荷载下的扭转疲劳试验。尽管根据循环次数降低了扭矩和扭转刚度振幅,无论是碳纤维还是玻璃纤维复合材料都没出现严重的破坏现象。X-射线CT的检查结果以及有限元计算的结果显示:主要是沿着纤维方向裂缝扩展引起扭转刚度的退化,碳纤维扭转疲劳寿命高于玻璃纤维复合材料。因此,根据扭转刚度和张拉-扭转疲劳性能,证实碳纤维具有很好的性能,可作为柔性梁的抗扭材料。     

硅基材料的纳米结构设计和复合化及其在锂离子电池负极材料中的应用

锂离子电池因其具有能量密度大、电压高、比容量大、循环寿命长、环境友好等特点,被广泛应用于便携式电器和电动汽车等领域。锂离子电池的技术关键之一在于负极,开发高比容量、良好电化学性能的负极材料是锂离子电池研究的重要课题。近年来,硅基负极材料由于其极高的理论比容量,优异的大电流充放电性能等优点,受到了研究者们越来越多的关注。本文从硅基材料的纳米化结构设计及与其他材料的复合化两方面介绍了其作为锂离子电池负极材料的最新研究进展,并分析了目前存在的问题,指出了硅基材料作为锂离子电池负极材料的发展趋势。     

碳包覆球形石墨负极材料的合成

采用浸渍-蒸发-热解炭化的方法制备了不同系列碳源包覆的碳包覆球形石墨电池负极材料。利用XRD和SEM分析技术研究了碳源种类和碳包覆量对碳包覆球形石墨材料结构的影响。结果表明:采用葡萄糖、沥青和酚醛树脂做碳源能够制备出具有碳核-壳结构的碳包覆球形石墨材料;随碳源加入量增加,碳包覆球形石墨材料的碳壳增加;酚醛树脂做碳源能够制备出具有光滑致密的碳核-壳结构的碳包覆球形石墨电池负极材料。     

碳/碳复合材料表面烧蚀多尺度粗糙度模拟

通过建立碳/碳(C/C)复合材料在宏观、微观不同尺度上的烧蚀模型,利用有限元方法分析了C/C复合材料在烧蚀过程中的体积损失、表面粗糙度以及烧蚀性能的变化规律。微观上,模拟了材料烧蚀呈现的尖笋状粗糙度形貌。宏观上,采用ALE方法,并基于实验结果通过Fortran编程控制材料表面烧蚀后退运动,建立了C/C复合材料表面烧蚀的多尺度热力耦合分析模型,并进行瞬态有限元分析。结果表明:材料烧蚀表面粗糙度程度与烧蚀速率、材料性能密切相关;并且随着材料烧蚀程度的不同,材料的表面应力也相应变化。     

Strengthening of structures using carbon fibre/epoxy composites

Innovations in manufacturing and new technologies are based upon new materials and upon new applications which use materials already employed in other industries. This paper shows how high-performance fibre-reinforced composites, utilized for the last 25 years by the aircraft and space industries, may be employed to strengthen existing structures for civil engineering purposes.     

Direct synthesis of carbon nanotubes on fly ash particles to produce carbon nanotubes/fly ash composites

Fly ash was used as catalytic support for carbon nanotubes (CNTs) growth by chemical vapor deposition (CVD) due to having ideal compositions (SiO₂, Al₂O₃, and Fe₂O₃). In this paper, CNTs were synthesized on Ni catalyst/fly ash substrate using CVD method. The influence of parameters (e.g., reaction temperature and gas flow rate) on the carbon yield and structure of the resulting CNTs was on the carbon yield and structure of the resulting CNTs was investigated by thermo-gravimetric analyses, Scanning electron microscopy, and Raman spectroscopy analysis. The results indicated that the growth temperature controlling had a significant effect on the diameter of CNTs. And the proper acetylene and hydrogen flow rate would decrease in defect density and increase in yield of as-grown CNTs on fly ash. Finally, the amorphous carbon on the surface of as-grown CNTs were removed by heating in air. Experimental results showed that the hydrophobic of the annealed CNTs was weak due to introducing functional groups to the surface of CNTs.     

β-环糊精/碳微球复合材料的制备和表征

以可溶性淀粉为原料,经水热处理、产物的高温碳化制备碳微球;并以β-环糊精和碳微球为原料经反相乳液法制备β-环糊精/碳微球复合材料;利用红外光谱、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、X射线衍射等手段对产物的结构和性质进行了表征。结果表明:以可溶性淀粉为原料制得了粒径约5μm的单分散碳微球;同时也成功地制备了表面光滑、粒径约15μm的β-环糊精/碳微球复合材料。     

碳纳米管/聚吡咯导电水凝胶修饰生物电极的研究

以水凝胶钛网电极为基底的生物电极,通过在水凝胶中添加聚吡咯(PPy)、碳纳米管(SWNTs)和神经生长因子(NGF)形成不同的杂化水凝胶修饰电极,研究不同杂化水凝胶修饰生物电极的力学性能、电化学活性以及对细胞分化生长情况的影响。力学测试表明SWNTs和PPy能够显著提高水凝胶的压缩模量;循环伏安(CV)曲线表明SWNTs和PPy能提高杂化水凝胶修饰电极的电化学活性;细胞形貌观察发现NGF能够促进细胞分化,SWNTs对细胞分化有增强作用,PPy可以提高细胞的黏附并有利于释放NGF,以促进细胞的生长与分化。     

单向碳纤维/环氧树脂预浸料的热响应行为

实验探究单向碳纤维/环氧树脂预浸料在不同高温环境及不同方向的热响应行为.研究表明,单向碳纤维/环氧树脂预浸料在低于230℃的高温环境下,热响应温度、导热系数随热响应时间的增加而增大,其后趋于平稳;在高于230℃的高温环境下,热响应温度出现峰值,材料逐渐受损,热响应行为复杂.此外,研究得到单向碳纤维/环氧树脂预浸料在平面...     

B/P/N/O共掺杂碳纳米纤维的制备及其超级电容器性能研究

采用含有功能分子硼酸和磷酸的聚丙烯腈溶液,经过简单的高压静电纺丝和一步碳化/活化工艺制备硼/磷/氮/氧(B/P/N/O)共掺杂碳纳米纤维,用作超级电容器电极材料。重点考察了不同硼酸/磷酸比例对电极材料及其超级电容器电化学性能的影响。电化学测试结果表明,BPNOCNF-3∶2拥有最高的比电容值为299 F/g(1 A/g),且在1～30 A/g的电流密度下,电容保持率达到72%。XPS测试结果表明:BPNOCNF-3∶2的异原子含量为24.84 at%。此外,组装的对称型超级电容器同样展示了良好的电容性能。制备的B/P/N/O共掺杂碳纳米纤维在超级电容器上具有很好的应用前景。     

镍纳米纤维/碳纳米管增强水泥基材料的电学性能与压敏性能

通过复掺镍纳米纤维、碳纳米管制备了镍纳米纤维/碳纳米管增强水泥基复合材料,研究了其导电性及压敏性,并与单掺碳纳米管增强水泥基材料进行了对比.水泥基材料导电性用四电极伏安法进行测试,微观形貌用扫描电子显微镜(SEM)进行观察,并探讨了镍纳米纤维/碳纳米管增强水泥基材料的性能提升机理,结果表明:镍纳米纤维、碳纳米管在水泥基材料中分散良好;镍纳米纤维加入碳纳米管水泥基材料中,可降低电阻率,最高可降低50％;混掺镍纳米纤维/碳纳米管水泥基材料比碳纳米管水泥基材料具有更稳定的敏感性,灵敏度最高可达1880,更适用于混凝土结构应力监测的传感元件.     

类石墨烯MoS_2/石墨烯@无定形碳复合纳米材料的制备和电化学贮锂性能

通过葡萄糖协助的水热途径制备了类石墨烯结构的MoS2/石墨烯@无定形碳复合纳米材料(GL-MoS2/G@a-C),讨论了葡萄糖的质量对复合材料的微观结构和电化学贮锂性能的影响。结果表明:葡萄糖水热碳化产生的碳质材料抑制了热处理过程中MoS2在(002)面的层状堆积,导致热处理后复合材料中单层或少层数类石墨烯MoS2的形成。电化学测试结果显示,与单纯MoS2相比,GL-MoS2/G@a-C复合纳米材料具有更好的电化学贮锂性能。当MoS2与石墨烯物质的量的比为1∶2、葡萄糖质量为0.6g时,所制备的GL-MoS2/G@a-C复合纳米材料的电化学贮锂可逆比容量达到1 135mAh/g,并具有优异的循环性能和显著增强的高倍率充放电特性。     

碳/玻璃纤维混合编织网增强混凝土电热融冰试验

利用碳/玻璃纤维混合编织网的电热性能,开展了碳/玻璃纤维混合编织网增强混凝土的电热融冰试验研究。结果表明:碳/玻璃纤维混合编织网通电后可以形成稳定的导电加热网络,低电压下即可迅速产生热量使混凝土温度上升,升温过程中电阻率稳定,融冰效果较好。通过分析环境温度、冰层厚度、加热功率等因素对于能耗及融冰效率的影响,为实际应用中的功率控制提供了依据。