添加球状Ni粉对MgO-C材料基质中次生碳显微结构的影响

在以电熔镁砂和鳞片石墨为主原料,热固性酚醛树脂为结合剂制备的MgO-C材料中,为了避免酚醛树脂炭化后产生的碳脆性大、石墨化难且抗氧化性差等不足,研究了单独添加2%(w)的球状Ni粉以及同时添加2%(w)的球状Ni粉和7.5%(w)的Al粉对MgO-C材料基质中次生碳显微结构的影响。结果表明:添加球状Ni粉的酚醛树脂炭化后有大量的碳晶须生成;仅添加球状Ni粉的MgO-C试样经不同温度热处理后,生成的物相均以碳微球的形式存在,随着热处理温度的升高,碳微球变化并不明显;同时添加Al粉和球状Ni粉的MgO-C试样经1 000℃热处理后开始有碳晶须生成,碳晶须的直径约0.4~0.5μm,长度3~4μm,随着热处理温度的升高,碳晶须的生成量逐渐增加。     

金属共掺杂对树脂炭结构及抗氧化性能的影响

以热固性酚醛树脂和金属铝粉为原料、纳米镍为催化剂,采用机械搅拌法制备了金属铝和纳米镍共掺杂酚醛树脂,研究了金属铝和纳米镍共掺杂对树脂炭结构及其抗氧化性能的影响。结果表明:在埋炭气氛下,树脂材料内部CO分压较高而无氮化物存在,体系属于Al-C-O系统;随着温度的升高,氧分压增大,Al2O3(s)相的稳定区间增大。900℃炭化后体系中生成纳米碳管和Al3C4晶须,1 000℃处理后有Al3C4晶须和Al2O3颗粒同时存在。当温度升高到1 200℃时,Al3C4相消失,Al2O3晶须生成量增加。随着热处理温度升高,纳米碳管的直径从60 nm增大到100 nm。添加金属铝粉和纳米镍后,掺杂改性树脂炭化后炭产物的氧化峰值为664.6℃,相比单一掺杂,氧化峰值温度提高了约122℃,增幅达到22%。     

炭化温度对中间相炭微球制备高密高强炭材料性能的影响

采用等静压成型工艺,以中间相炭微球为原料制备自烧结炭材料,研究了炭化温度对所制备材料性能的影响。结果表明,炭化温度对样品的性能有较大影响,自烧结炭材料的密度、抗折强度、抗压强度都随炭化温度(500~1 300℃)的升高而增大,分别可达1.75 g/cm~3、83.5 MPa、333 MPa。样品的电阻率随炭化温度的升高而明显降低,且所制得炭材料各向同性度为1.04。     

炭膜的二氧化碳吸附扩散性能的研究

以商业化的Kapton型聚酰亚胺为前驱体制备炭膜,采用容量法研究了不同炭化温度制备的炭膜CO2吸附和扩散行为,并利用Sips模型对实验数据进行拟合,DA方程计算炭膜的孔结构参数,Fick扩散模型求取CO2在炭膜内的扩散系数,采用XRD分析探讨了炭膜的炭结构。结果表明,炭膜孔结构随着热解炭化温度的提高,孔径收缩,且当炭化温度从600℃升高到800℃,炭膜的微孔体积随炭化温度的升高而增大,而800℃以后,微孔体积随炭化温度的升高而下降。CO2在不同炭膜中的扩散系数约为1.04×10-13~8.56×10-12m2·s-1,在实验测定的压力范围内扩散系数随着平衡压力的增大呈现出先增大后减小的规律。     

B-Si掺杂沥青基炭材料的制备及其氧化行为研究

以煤沥青甲苯可溶组分、聚碳硅烷和吡啶硼烷为原料合成了B-Si掺杂沥青,B-Si掺杂沥青经炭化处理得到了B-Si掺杂炭材料。研究结果表明,炭化温度对B-Si掺杂炭材料的物相组成、微观结构和抗氧化性能有重要影响。1200℃炭化处理得到的B-Si掺杂炭材料中含有无定形B4C和Si C微晶,在空气气氛中容易快速氧化形成B2O3和Si O2,Si O2可以进一步在B2O3中溶解形成固溶体,从而提高炭材料表面形成的氧化膜的热稳定性。与在800℃、1000℃、1400℃和1600℃炭化得到的B-Si掺杂炭材料相比,在相同氧化条件下,1200℃炭化得到的B-Si掺杂炭材料显示了较好的抗氧化性能,它在1000℃空气气氛中氧化1 h,失重率仅为5.7 wt%,比其它B-Si掺杂炭材料的失重率小很多。     

聚丙烯腈基炭纳米球的制备

采用低浓度水相分散聚合的方法合成了粒径在230 nm～250 nm的聚丙烯腈球,对其依次经过冷冻干燥、氧化及炭化工艺,用扫描电镜对炭化后的样品形貌进行了观察.结果表明,聚丙烯腈球炭化后转化为粒径在170 nm～190 nm之间的炭纳米球.炭纳米球经1 500 ℃,2 300 ℃及2 800 ℃的高温处理后,X射线衍射仪分析表明,在2 300 ℃处理温度以上可以得到石墨化度明显增加的炭纳米球.     

葡萄糖水热炭化制备单分散炭微球的工艺优化研究

为制备出分散性好、粒径分布均匀且产率高的炭微球,运用正交试验,采用水热炭化法,以葡萄糖为碳源、聚丙烯酸钠为分散剂,对炭微球的制备工艺条件进行优化。结果表明:反应温度是影响炭微球粒径和产率的主要因素;当反应温度为180℃,反应时间为12 h,葡萄糖浓度为0.7 mol·L~(-1)以及分散剂加入量为0.5%(w)时,可制备出平均粒径约为420 nm,产率高达91%的单分散炭微球。     

源于核桃壳的生物形态多孔炭的制备及其性能研究

以核桃壳作原料,利用控温炭化得到了保留材料生物学特征结构的多孔炭（WSC）,采用TGA、XRD、SEM、BET等测试手段对所得材料的炭化过程、微观结构、组成以及氧化机理进行了系统研究。结果表明：材料中存在丰富的相互连通的孔及孔隙,断口孔隙率为31.46%,孔隙直径约为0.5-1 m,比表面积为380m^2/g左右;碳主要以非晶形式存在,随炭化温度升高,非晶碳中类石墨的002峰增强,晶面间距减少,结构逐渐向理想石墨转变,同时密度增加,气孔率和比表面积下降;材料的非等温氧化速率先升高后降低,这是由于组成炭材料的烯片层结构中活性碳原子数量随氧化反应的进行发生变化所致。     

溶胶-凝胶法介孔沥青炭微球的制备及电化学性能研究

以水性中间相沥青(AMP)为前驱体,阳离子表面活性剂(CTAB)为结构导向剂,通过控制AMP的凝胶化和自组装过程,采用溶胶-凝胶法来制备介孔沥青炭微球。利用SEM、HRTEM、SAXRD、FT-IR等分析手段,对产物的形貌及结构进行表征,并研究了介孔沥青炭微球的形成机理和电化学性能。结果表明:在制备介孔沥青炭微球的过程中,CTAB与离子化的AMP可通过S+I-静电力作用形成凝胶球,经炭化后得到介孔沥青炭微球。当CTAB/AMP=1.2时(CTAB为2 g),炭化后得到的介孔炭微球之间界面明显,表面光滑,球体粒径为300~500 nm,当增加CTAB胶束在溶液中的浓度时,炭化产物中得到纳米炭棒。所得介孔沥青炭微球C-AMP1.2-800有序度差、石墨化度低,球体为乱层石墨结构,其在50 mV.s-1下的比电容为103.5 F/g。     

低温处理中间相沥青炭微球的充放电性能研究

研究了在500-1000℃下停留不同时间低温炭化处理的中间相沥青炭微球（MCMBs)的充放电性能，并与其XRD结构相关联。研究表明：在500-1000℃停留4h炭化处理的中间相炭微球中，700℃炭化处理的MCMBs充放电性能最好，充放电容量最高，不可逆容量损失最小；在700℃炭化温度下停留时间的延长有利于MCMBs循环性能的提高。     

PAN基碳纳米微球的制备及表征

通过种子乳液聚合得到聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯(PAN/PMMA)核壳结构的纳米微球。将经冷冻干燥后得到的PAN/PMMA纳米微球进行预氧化和炭化处理,成功制备出粒径为50 nm的碳纳米微球(Carbon Nanospheres,CNSs)。并利用光散射、傅立叶红外线光谱(FTIR)、透射电镜(TEM)等技术对所合成的PAN/PMMA纳米微球和CNSs进行分析。实验结果表明,PMMA的加入有利于降低PAN基CNSs的粒径,且炭化温度在500～600℃之间得到的CNSs的分散性最好。     

溶胶-凝胶法碳源对多孔炭材料孔隙结构的影响

以正硅酸乙酯(TEOS)为模板硅源,β-环状糊精和可溶性淀粉分别为碳前驱体,运用溶胶-凝胶法制备了多孔炭材料。利用低温N2等温吸脱附、X射线衍射、高倍扫描电子显微镜等对所得炭材料的结构进行了测试与表征,结果表明,β-环糊精为碳源的样品主要孔径分布在2~3 nm;以可溶性淀粉为碳源的样品孔径呈双峰分布,即孔径集中在3.7 nm和5~20 nm,但由于炭化温度较低,所得的炭材料仍为无定形结构。     

炉内温度对聚碳硅烷粒子成球性能的影响

由聚碳硅烷粒子作为原料,通过粒子下落进入负压高温炉内,粒子达到流动状态,在发泡剂作用下内部起泡膨胀,最终得到空心微球.实验所用聚碳硅烷粒子尺寸为110～180 μm,载气为Ar/He（体积比为2：1）,载气压力为0.09MPa.在这些固定条件下,研究了炉内温度对聚碳硅烷粒子成球性能的影响.结果表明：随着炉内温度从200℃升高到1 000℃,聚碳硅烷成球率、微球平均直径和表面光洁度先增加后下降,最高平均成球率为73%,最大平均直径为375μm,最好表面平均粗糙度Ra仅为0.7 nm.制备空心微球合适的温度约为700℃.     

淀粉炭微球的制备

以淀粉为原料,经环氧氯丙烷交联,进而炭化获得淀粉基炭材料.通过热重分析、红外图谱和孔结构表征来解析炭微球的炭化过程、表面化学性质以及孔结构.结果表明:环氧氯丙烷可以与糊化淀粉交联,在油相可以形成淀粉微球;炭化后,淀粉基炭微球具有丰富的表面化学官能团和多尺度的孔径分布.     

炭化温度对芳基乙炔聚合物基C/C复合材料性能的影响

研究了炭化温度对芳基乙炔聚合物基碳/碳复合材料性能的影响,结果表明:随炭化温度的升高,复合材料的热失重、线收缩、本体密度和孔隙率增加,而弯曲强度则下降;炭化温度低于600℃时,复合材料的体积密度和弯曲模量随炭化温度的升高而下降;在600～900℃炭化时,体积密度和弯曲模量随炭化温度的升高而升高.     

氮掺杂空心炭球作为锂离子电池负极材料的研究

以聚苯乙烯为模板,聚吡咯为炭前驱体,制备出尺寸均匀的氮掺杂空心炭球(NHCs)。通过N_2吸脱附曲线、X射线光电子能谱、X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和循环伏安法等测试方法考察了炭化温度对空心炭球的微观结构与电化学性能的影响。结果表明,制备的空心炭球直径在160 nm左右,氮原子百分含量达到9.69%。0.5 A·g~(-1)的电流密度下,800℃炭化所得空心球经过200次循环可逆容量达到493.4 mA·h·g~(-1),容量保持率为84%;在5 A·g~(-1)的电流密度下,经过1000次循环,可逆容量仍高达265.2 mA·h·g~(-1)。说明所制备的空心球拥有高的可逆容量、良好的倍率性能和长的循环寿命,是一种优异的储锂材料。     

炭化温度对多孔炭涂覆蜂窝陶瓷整体式催化剂的影响

以糠醇树脂为炭前驱体,在不同炭化温度下制备出系列涂层型多孔炭涂覆蜂窝陶瓷整体式催化剂。N2-物理吸附和程序升温脱附(TPD)的表征结果表明,炭化温度对多孔炭涂层的物理-化学性质均有较大影响,随着炭化温度升高,多孔炭涂层孔结构的形成趋于完全,同时涂层表面酸性含氧基团的种类和数量逐渐减少,800℃时多孔炭涂层孔结构完全形成,且表面酸性含氧基团也基本消失。1,1,2,2-四氯乙烷气相催化脱HCl合成1,1,2-三氯乙烯反应评价结果表明,孔结构和表面酸性含氧基团是影响多孔炭催化性能的关键因素,800℃炭化的多孔炭涂覆蜂窝陶瓷整体式催化剂的催化活性、选择性和稳定性最佳。     

B–Si–Zr掺杂炭材料的制备及其抗氧化性能

以煤沥青甲苯可溶组分、聚碳硅烷、吡啶硼烷和ZrB_2有机前驱体为原料,通过低温裂解制备掺杂沥青,经过不同温度热处理得到B–Si–Zr掺杂炭材料,考察了掺杂炭材料抗氧化性能。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对B–Si–Zr掺杂炭材料氧化前后的物相组成和微观结构进行表征。结果表明:1600℃热处理得到的B–Si–Zr掺杂炭材料中,ZrB_2陶瓷颗粒逐渐形成,在氧化过程中,SiC和ZrB_2等陶瓷与氧气反应生成SiO_2、B_2O_3和ZO_2,氧化物在炭材料表面形成保护膜,该热处理温度得到的掺杂炭材料抗氧化性较强。     

高炭树脂芳基乙炔聚合物炭化过程研究(Ⅱ)

通过XRD、FTIR和DTA等分析方法研究了芳基乙炔聚合物的炭化过程,结果表明:芳基乙炔聚合物的炭化过程可大致分为3个阶段;炭化温度在350～500℃时,聚合物结构变化较小;炭化温度在500～600℃时,聚合物主链结构被完全破坏,并转变为玻璃炭结构;炭化温度在600～900℃时,随炭化温度的增加,炭化物由玻璃炭结构逐渐向乱层石墨结构转变。     

纳米炭粉改性苯并噁嗪树脂烧蚀性能研究

为进一步提高苯并噁嗪树脂的烧蚀性能,采用纳米炭粉对其进行了改性研究。采用透射电镜(TEM)和场发射电子显微镜(SEI)观察了纳米炭粉在苯并噁嗪树脂的中的分散状态;通过热失重分析研究了纳米炭粉质量分数对苯并噁嗪树脂残炭率的影响并测试了烧蚀性能;同时采用X-射线衍射法(XRD)对炭层结构进行了分析。结果表明,质量分数为10%纳米炭粉的改性苯并噁嗪800℃残炭率可达到63.6%,该体系700℃炭化后的压缩强度为纯树脂的3.8倍。改性后的苯并噁嗪树脂炭化层结构致密,裂纹小,石墨化度与炭结构的有序度大大提升,最终使树脂的耐烧蚀性能与抗热震性获得改善。