煤基炭泡沫孔结构调控

以肥煤镜质组富集物为前驱体, 采用高压渗氮法制备煤基炭泡沫, 研究了发泡温度、发泡压力和发泡时间对炭泡沫孔结构的影响。利用SEM观察炭泡沫的孔胞形貌, 同时利用Nano Measurer分析软件统计SEM照片孔胞直径分布和孔喉直径分布以及平均孔径。结果表明: 微孔塑料成核理论可以定性解释炭泡沫的孔结构变化趋势。发泡温度的升高导致成核密度增加, 同时导致气体在胶质体的溶解度降低, 不利于孔胞长大。发泡压力的增大导致炭泡沫的孔胞密度增加, 临界成核半径降低, 同时加剧了热聚合反应, 导致胶质体的粘度增大, 不利于孔胞长大。发泡时间的延长会使热聚合更加充分, 影响胶质体粘度, 进而影响孔结构。     

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。     

超临界发泡制备泡沫炭及其泡孔形成机理

分别以中间相沥青和甲苯作碳质前驱体和发泡剂,采用超临界发泡技术制备出孔径为10~25μm的泡沫炭,并着重研究了超临界发泡条件对泡沫炭的孔形及韧带结构的影响。超临界发泡包括成核、扩散、聚集及膨胀过程,同时泡孔的形成也是热力学、动力学及力学行为综合作用的结果。由于中间相沥青中存在轻组分,超临界发泡过程伴随着自发泡过程,由此可获得层次孔结构的泡沫炭。     

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.     

木质素基酚醛泡沫炭的制备及性能研究

在碱性条件下,木质素可部分替代苯酚,通过树脂化生成木质素基酚醛树脂,酚醛树脂经物理发泡、高温碳化工艺制得木质素基酚醛泡沫炭。研究结果表明:木质素基酚醛泡沫的热稳定性良好,当纯化木质素添加量为20%(质量分数)时,木质素基酚醛最大炭收率为54. 60%,热稳定性优于其他泡沫;碳化后的4种木质素基酚醛泡沫炭(CF-L-0%、CF-L-10%、CF-L-20%、CF-L-30%)皆由100～600μm的泡孔及孔壁组成,其表观密度在0. 15～0. 23g/cm3之间,压缩强度最高可达3. 35MPa; 4种木质素基酚醛泡沫炭为非石墨化的碳质结构,其微观结构以微孔为主;木质素基酚醛泡沫炭的碳含量随木质素替代量的增加而提高,碳质量分数最高可达72. 34%。     

可溶性酚醛树脂为碳源合成有序介孔炭及其电催化性能

利用介孔硅SBA-15与苯酚、甲醛混合,原位合成可溶性酚醛树脂,高温炭化得有序介孔炭(C1);同时将预聚的酚醛树脂与SBA-15 共混后再聚合,高温炭化得有序介孔炭(C2).微波多元醇还原法合成Pt/C1、Pt/C2、Pt/CMK-5(糠醇为碳源)电催化剂.使用X射线衍射仪(XRD),N2物理吸附,透射电镜(TEM)和循环伏安技术(CV)对介孔炭的结构和催化剂的性能进行了表征.结果表明:CI主要由规则的六方介孔孔道构成,比表面积为947m2/g,孔径分布集巾在4.5nm,Pt微粒在C1上具有良好的分散性,平均粒径约为3nm.C2的孔道较为模糊,负载的Pt微粒有一定程度的团聚.CV曲线显示,Pt/C1催化剂的电化学活性面积(EAS)为54.2m2/g,其催化甲醇氧化的性能优于Pt/C2及Pt/CMK-5而略筹于商用催化剂Pt/C(E-TEK).     

新型泡沫铝的制备及其孔结构的控制

发展了一种高压渗流铸造法制备孔结构可控的新型泡沫铝，推导出孔结构参数计算公式，并据此提出孔结构参数控制和测量方法。制得的泡沫铝具有较理想的孔结构。     

酚醛树脂基玻璃炭结构的显微激光喇曼光谱研究

采用显微激光喇曼光谱,考察了以热固性酚醛树脂为原料制备玻璃炭过程中碳结构的变化特征,通过对样品的喇曼光谱图进行分析,详细讨论了炭化温度对玻璃炭结构的影响.结果表明,773 K以上制备的样品其一级喇曼光谱D线波数在1346 cm^-1～1354 cm^-1之间,G线在1591 cm^-1～1599 cm^-1之间,且根据二者的积分强度比计算得到样品的无序度R值随温度升高而减小;同时利用Tuinstra-Koening 经验式计算得到样品中石墨微晶的大小,是随温度升高而从1.86 nm增加到3.28 nm;说明随炭化温度的升高有利于玻璃炭结构无序度的减小,以及微晶尺寸的增大;进一步分析发现,在773 K～973 K间是炭化发生最快的阶段,而1173 K～1373 K和1573 K～1773 K温度区间则是玻璃炭结构转变较快的阶段。     

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。     

酚醛树脂基泡沫炭前驱体热处理过程的研究

酚醛树脂基泡沫炭是一种高性能的高强轻质隔热材料,酚醛泡沫的炭化热处理是制备酚醛树脂基泡沫炭倒丶工艺.本文以热塑性酚醛树脂为原料,采用液相低压发泡方法制备得可进一步炭化制得高性能的泡沫炭的酚醛树脂基泡沫前驱体.通过热分析仪、元素分析仪测试和分析酚醛泡沫体在炭化热处理过程中的重量和元素含量的变化及规律,并研究泡沫体在热处理过程中的径向和轴向尺寸、重量、体积和表观体积密度的变化和规律.结果表明:350～700℃,酚醛树脂泡沫体热失重较剧烈,热解速度最快,失重率约为40%,相应的热解温度会比纯树脂延缓和滞后;在热处理过程中,泡沫体在径向和轴向的收缩是不同步的:随热处理温度的提高,泡沫体的重量和体积不断减小,密度却呈现波折形变化:炭化产物中碳元素的含量随温度的升高而不断增加,各元素含量变化最明显的温度区是350～600℃.     

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。     

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.     

发泡温度对炭泡沫结构及性能的影响

以AR中间相沥青为原料,采用中间相沥青自发泡法在初始发泡压力为3MPa、发泡温度在390～450℃范围内制备了4种炭泡沫。利用SEM观察了炭泡沫的孔隙结构,并测定了其体积密度、抗压强度和导热系数,考察了发泡温度对炭泡沫结构及性能的影响。结果表明,采用较低的发泡温度(430℃)可以消除大的孔隙缺陷;当发泡温度为410℃时,炭泡沫导热系数最高,为0.256W/(m·K)。     

纳米碳管对泡沫炭的超临界发泡行为及其力学性能的影响机制

采用超声波?磁力搅拌的方法, 实现了纳米碳管(CNTs)在中间相沥青(MP)中的均匀分散, 并考察了CNTs对泡沫炭的超临界发泡行为及其压缩强度的影响. 研究结果表明: 在超临界发泡过程中, 处于过饱和状态的甲苯将优先在CNTs/MP固-液界面处成核, 进而不断扩散、聚集、膨胀和发泡, 导致泡沫炭孔结构的均一性得以提高; 当在中间相沥青中均匀分散3.5wt%的CNTs后, 所制泡沫炭的压缩强度由3.2MPa提高到4.7MPa, 升高了46.9%; CNTs良好的导热性能降低了基体碳在石墨化过程中的热应力差异, 使得微裂纹的数量减少, 并且其一维纳米结构使得石墨化泡沫炭的孔壁和韧带结构得以增强.     

N-PMI改性酚醛树脂基炭微球的结构与电化学性能

通过热解N-苯基马来酰亚胺(N-PMI)改性酚醛树脂微球制备炭微球。采用SEM、粒径分析仪研究炭微球的形貌和粒径分布;采用XRD研究炭微球的微观结构;采用恒电流法研究炭微球的充放电性能。研究表明:炭微球具有很好的球形度和分散性;随着热解温度的升高,炭微球的首次充放电容量减小,不可逆容量降低;炭微球具有较高的可逆容量,循环20次容量保持在80%以上。     

PAN基预氧化纤维不织布增强酚醛树脂制作炭/炭复合材料

以预氧化纤维不织布经不同热处理后,采用液态含浸法浸酚醛树脂后经热压成型,制成炭／炭复合材料前驱体,随之将这些前驱体经２３０℃稳定化,６００℃及１０００℃炭化处理,讨论了不同纤维不织布的结构变异,以及各种炭／炭复合材料其微细结构及物性之变化,在物性分析方面,主要是以挠曲强度的测试为骨架,并以扫瞄式电子显微镜（ＳＥＭ）观察破断表面,探讨各种复合材料经不同温度处理后之破坏行为,研究结果显示,以预氧化纤维及经６００℃处理后之纤维所制复合材料经三个不同温度（２３０℃,６００℃,１０００℃）处理后,其破坏行为均呈现剧烈的脆性破坏,且具有平滑之破断表面,而以经１０００℃处理后之纤维所制复合材料经６００℃及１０００℃炭化后则呈现拟塑性破坏模式,并伴随显著的纤维拖出现象。     

中间相沥青基炭泡沫

1993年，在第21届国际炭双年度会议上。Hager等结合自己的一些前期研究工作通过模型分析预测了不同于以往的炭泡沫材料的韧带式网架结构的石墨化炭泡沫的存在。1998年，美国橡树岭国家实验室(ORNL)的炭材料研究人员James W．Klett在从沥青制备炭材料时偶然发现了一种石墨化多孔炭材     

炭化温度对酚醛树脂基活性炭孔结构及电化学性能的影响研究

以酚醛树脂为炭前驱体,KOH作活化剂,通过调节炭化温度在相同活化条件下制备了具有不同孔隙结构的活性炭材料.N_2吸附测试表明随着炭化温度降低,活性炭材料比表面积先增大后减小,孔容则不断增大.其中,550℃炭化样品与KOH反应活性最佳,可制得比表面积为2983m~2/g,总孔容为1.58cm~3/g,中孔孔容达到0.59cm~3/g的活性炭材料.采用直流充放电法、交流阻抗法和循环伏安法测定以上述多孔炭为电极材料的双电层电容器的电化学性能,结果表明,PF550活性炭材料电容性能最佳,在有机电解液中100mA/g充放电时,比电容达到160F/g,电流密度增大50倍容量保持率达到82%,显示出良好的功率特性;活性炭材料中存在一定比例的中孔不仅可以改善电极材料的功率特性,而且可以提高微孔的利用率.     

酚醛树脂基球形炭活化特性的研究

通过常规的活化处理,成功制备出酚醛树脂基球形活性炭（ＰＨＳＡＣ）,研究了活化温度和活化时间对酚醛树脂基球形活性炭的烧失率、强度、孔结构特征的影响。结果表明,随着活化温度的升高和活化时间的延长,酚醛树脂基球形活性炭的烧失率、比表面积和孔容增大,强度下降。这种球形活性炭是以微孔为主的活性炭,其比表面积可达８００ ｍ ２／ｇ,孔容可达０．３５２ ｃｍ ３／ｇ。