二氧化锆气凝胶制备和表征

以无机盐 硝酸氧锆为原料,采用醇 水加热 超临界干燥法制备了二氧化锆气凝胶。采用XRD、TEM和BET等手段对样品进行测试表征。研究结果表明:本方法可以制备具有高比表面、小粒径的二氧化锆气凝胶。气凝胶原粉的比表面最大,可达675.6m2/g。其晶相结构也不同于采用一般方法制备的ZrO2粉体。在焙烧温度低于700℃时,随着焙烧温度的升高,四方相的含量逐渐增大,到700℃时达到最大86%;经1000℃焙烧后尽管粒径>30nm,仍有约30%的ZrO2以四方相的形式存在。探讨了醇水加热法制备ZrO2气凝胶的成胶机理。     

添加炭黑和碳纳米管对酚醛树脂热解炭的结构及抗氧化性的影响(英文)

采用酚醛树脂为原料,分别以炭黑和碳纳米管作为改性添加剂制备酚醛树脂热解炭。利用差热分析(DSC)、X射线衍射分析(XRD)和压汞法孔径分析对酚醛树脂热解炭进行表征,探讨添加剂和热处理温度对树脂热解炭的结构和抗氧化性的影响。结果表明,碳纳米管和炭黑均可提高热解炭的石墨化度和抗氧化性;碳纳米管改性树脂热解炭的石墨化度高于炭黑改性树脂热解炭,但由于前者热解炭的显微结构中较高的气孔率,所以使其抗氧化性劣于后者。升高热处理温度同样可改善热解炭的抗氧化性和提高石墨化度。     

低pH值条件下纤维状 ZrO2水合物的制备

以无机盐氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)为原料,H2O2为水解促进剂,乙醇为溶剂,低pH值条件下制备了纤维状ZrO2水合物．运用FT-IR、TG、XRD研究了ZrO2水合物的组成、结构和热稳定性,用光学显微镜、FESEM对ZrO2水合物的形貌及其形成机理进行了分析．结果表明,ZrO2水合物分子简式为Zr(μ-OH)2(OH)2·2H2O;经80℃干燥的ZrO2水合物为非晶态,随热处理温度的升高,物相结构由亚稳四方相向单斜相转变;ZrO2水合物是由尺寸较小的短纤维通过表面羟基的氢键作用,按一定方式聚集而成的尺寸较大的纤维簇．     

低pH值条件下纤维状ZrO2水合物的制备及其形成机理研究

以无机盐氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)为原料,H2O2为水解促进剂,乙醇为溶剂,低pH值条件下制备了纤维状ZrO2水合物.运用FT-IR、TG、XRD研究了ZrO2水合物的组成、结构和热稳定性,用光学显微镜、FESEM对ZrO2水合物的形貌及其形成机理进行了分析.结果表明,ZrO2水合物分子简式为zr(μ-OH)2(OH)2·2H2O;经80℃干燥的ZrO2水合物为非晶态,随热处理温度的升高,物相结构由亚稳四方相向单斜相转变; ZrO2水合物是由尺寸较小的短纤维通过表面羟基的氢键作用,按一定方式聚集而成的尺寸较大的纤维簇.     

碳化硅衍生碳/中间相沥青炭复合材料的制备及表征

通过聚碳硅烷和中间相沥青在320℃共混及不同温度热解、炭化、石墨化处理得到碳化硅/中间相沥青炭前驱体,然后采用Cl_2在1 000℃对前驱体进行刻蚀,成功制备碳化硅衍生碳/中间相沥青炭复合材料。采用偏光显微镜、X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和拉曼光谱对产物的微观形貌和结构进行了表征,利用物理吸附仪分析其比表面积和孔结构特征。结果表明,随着热处理温度的升高,聚碳硅烷热解形成的SiC的晶体尺寸变大,同时沥青炭的石墨化程度也变高;刻蚀后碳化硅衍生碳的结构以无定形碳为主,有明显的石墨化碳层分散其中,样品的比表面积随热处理温度升高而减小,微孔孔径增大。     

混合锆类粉体对高模量碳纤维表面改性的研究

混合锆类粉体是含有锆元素的无机陶瓷材料。采用溶胶-凝胶法与碳热还原法制备得到了ZrO₂、ZrB₂、ZrC、ZrN混合锆类陶瓷粉体，并利用连续上浆工艺将其涂覆到碳纤维表面。采用X射线衍射仪对锆类粉体进行了结构与组分的分析。通过扫描电子显微镜、热重测试研究了混合锆类粉体的加入对碳纤维表面形貌、耐热性能的影响。结果表明，实验条件下制备混合锆类粉体的最佳原料配比是n(Zr)∶n(B)∶n(C)=1∶2.5∶12,粉体的最佳烧结温度为1600℃,此时粉体中ZrB₂含量相对最多；高模碳纤维经过10%粉体上浆改性后，碳纤维的起始氧化温度从675.1℃升高到了717.9℃,氧化反应的表观活化能从76.41kJ/mol升高到115.43kJ/mol。     

锆掺杂MCM-41介孔分子筛的水热合成与稳定性

水热条件下,以硅酸钠和硫酸锆为原料,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,按照初始的ZrO2与SiO2物质的量之比0.05、0.1、0.2和0.3合成了4种不同锆含量的含锆介孔分子筛(ZrMCM-41).采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)和比表面积孔径测定等方法对样品的结构和形貌进行了表征.考察了不同ZrO2与SiO2物质的量之比、不同焙烧温度以及不同水热处理时间对样品孔结构的影响.结果表明:合成的样品具有典型的MCM-41介孔结构,其比表面积为448.6~891.9 m2/g.随着样品中锆含量的增加、焙烧温度的升高和水热处理时间的延长,所合成样品的介孔有序性下降,BET比表面积降低.     

镍改性酚醛树脂热解形成石墨烯机理研究

通过配位反应,将镍离子引入酚醛树脂结构中,在惰性气氛保护下制备镍改性酚醛树脂,并将其分别在600、800、1000℃下进行碳化处理。XRD检测结果表明:600℃时热解碳出现明显的C(002)晶面衍射峰;当温度升高(800、1000℃)时,半峰宽增大,峰位左移,峰强度减小。SEM和TEM的检测结果表明,即使在1000℃下,普通酚醛树脂热解碳仍为无定形碳,而温度高于800℃后镍改性酚醛树脂热解碳中生成石墨烯,且升温和增大催化剂用量均有利于石墨烯生成。镍改性酚醛树脂炭化形成石墨烯的过程遵循"溶碳析碳机制"。     

聚丙烯腈基碳毡电极改性处理及电化学性能研究

研究了1100、1600和2000℃下制备的聚丙烯腈基碳毡电极,结果表明2000℃下制备的碳毡电极在未改性处理前,电化学性能要优于1100、1600℃下制备的碳毡电极;对碳毡通过硫酸、硝酸、盐酸、热处理进行改性处理进行比较,结果显示:经过硝酸处理5h和450℃下热处理2h后,3种温度下制备的碳毡电极性能均得到明显提升,2000℃下制备碳毡电极改性效果最好,可用于钒液流电池作为电极。     

水溶性锆杂化硅树脂浸润剂提高玄武岩纤维的耐热性能

现有玄武岩纤维制成的高温烟气滤袋工作温度为280℃,难以在300℃甚至更高的温度下长期工作。为了提高玄武岩纤维的耐热性能,本文合成了一种水溶性锆杂化硅树脂浸润剂,并用于玄武岩纤维表面改性。用FTIR、TG-DSC、SEM、AFM、DCA及拉伸实验对锆杂化硅树脂及改性纤维进行了微观结构和性能表征。结果表明：锆杂化硅树脂的初始热分解温度为323～360℃;浸润后的玄武岩纤维表面包裹着一层致密、均匀的硅树脂膜,这层膜增大了纤维表面的粗糙度和表面积,提高了纤维的表面能,改变了纤维的表面结构,修复了纤维的表面微缺陷;力学测试表明：浸润后的纤维在300℃热处理2 h后,最优断裂强力值为376.0 N,断裂伸长率为2.647%,优于未被浸润纤维(287.8 N、1.932%)的相关性能。因此,锆杂化硅树脂浸润剂可显著提高玄武岩纤维的耐热性能。     

ZrO2薄膜的力学性能和摩擦学性能研究

在单晶硅表面成功地获得了自组装单层薄膜(MPTS-SAM),并将薄膜表面的巯基(-SH)完全氧化成磺酸基(-SO3H),从而获得了磺酸化的MPTS-SAM.采用静电自组装技术成功使ZrO2纳米微粒组装到磺酸化的MPTS-SAM表面获得淀积ZrO2薄膜.将ZrO2薄膜分别在500℃和800℃进行热处理后,ZrO2薄膜的厚度逐渐减小,这可能是随着温度的升高薄膜的表面密度逐渐增大所致.对ZrO2薄膜的力学和抗划伤性能分析发现:随着温度的升高,ZrO2薄膜的硬度和弹性模量依次增加,同时薄膜的抗划伤性能也逐渐提高.摩擦磨损实验表明:利用该方法制备的ZrO2薄膜经800℃烧结处理后适于在低负荷、低滑动速度下作为减摩、抗磨保护性涂层.     

制备条件对ZrO2光学薄膜特性的影响

以锆酸丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶工艺,制备了性能稳定的ZrO2溶胶,通过在其中添加有机粘合剂PVP和旋涂镀膜法分别制得了ZrO2薄膜和ZrO2-PVP复合薄膜.用X射线衍射仪(XRD)、椭圆偏振光谱仪、红外分光光度计(FTIR)、原子力显微镜(AFM)等方法研究了不同热处理温度下的ZrO2和ZrO2-PVP复合薄膜的特性,并用输出波长1.06μm、脉宽10ns的电光调Q激光系统产生的强激光进行辐照实验,测试其激光损伤阈值,观察其损伤形貌.实验发现,经过粘合剂添加能很好地提高薄膜的激光损伤阈值,300℃是比较适合的热处理温度.热处理300℃的ZrO2-PVP复合薄膜的激光损伤阈值可达到52 J/cm2.     

碳热还原协同溶胶-凝胶法合成纳米ZrB2粉末

利用ZrO2-B2O3-C反应体系碳热还原的基本原理,分别使用正丙醇锆(Zr(OC3H7)4)、硼酸(H3BO3)和蔗糖(C12H22O11)为原料,采用溶胶-凝胶-碳热还原法合成了二硼化锆(ZrB2)纳米粉末。我们首先使用络合剂醋酸(AcOH)修饰Zr(OC3H7)4,以防止Zr(OC3H7)4的快速水解;其次,选用蔗糖作为碳源,是考虑到蔗糖热解时可以完全分解为碳,这样可以准确计算热解过程碳的生成量。此外,研究了凝胶温度对ZrB2纳米粉末形貌的影响。结果表明:当起始原料B/Zr(mol.)=2.3、热解温度为1 550℃时,通过碳热还原协同溶胶-凝胶法成功合成了单相ZrB2纳米粉末;当凝胶温度分别为65、75和85℃时,ZrB2纳米粉末形貌从球状演变为链状,最后生长为棒状,生长机理为定向吸附。     

SiO_2/ZrO_2复合溶胶稳定性的研究

以正硅酸乙酯(TEOS)、无水乙醇(EtOH)、水和氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)为原料,盐酸(HCl)为催化剂,四乙基溴化铵(TEAB)为添加剂,采用溶胶-凝胶工艺制备SiO2/ZrO2复合溶胶。正交试验和单因素综合分析了乙醇、氧氯化锆、TEAB、pH、水解反应温度对复合溶胶凝胶时间的影响。总结出了稳定性良好的SiO2/ZrO2复合溶胶的制备工艺及以上各因素对复合溶胶稳定性的影响趋势。结果表明:在室温、pH为0.7条件下,实验最优配比是:TEOS∶EtOH∶H2O∶ZrOCl2·8H2O∶TEAB=0.7∶40∶6∶0.3∶0.07;复合溶胶的凝胶时间随着乙醇、TEAB的增加而延长,随着氧氯化锆、水解反应温度的增加而缩短,随着pH的增加先延长后缩短。     

pH敏感型管式陶瓷复合膜的制备

采用硅烷偶联剂KH-570在乙醇溶剂中以盐酸溶液为催化剂进行水解后对管式ZrO2陶瓷膜进行表面修饰,进一步用化学接枝法将丙烯酸单体接枝到改性ZrO2陶瓷膜上,制备pH敏感型陶瓷复合膜.系统考察了不同偶联反应条件对氧化锆陶瓷膜的硅烷化改性效果的影响;研究了丙烯酸单体浓度对pH敏感膜渗透通量及pH开关系数的影响.通过扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、热重(TG)及水通量测定等对改性前后膜结构和pH敏感性能进行分析.结果表明,在以乙醇为溶剂进行硅烷化改性后,成功引入了碳-碳双键,并将丙烯酸成功接枝在陶瓷膜表面;单体浓度对pH敏感的膜通量及pH开关系数有重要的影响;所制备膜显示了良好的pH敏感性能.     

先驱体转化制备ZrO2改性SiC陶瓷的氧化行为研究

采用先驱体转化法,以聚碳硅烷、二乙烯基苯和正丁醇锆为原料高温裂解制备了ZrO2改性的SiC陶瓷材料,结合XRD,SEM和EDS能谱等测试方法,研究ZrO2的添加对材料氧化行为的影响。结果表明:ZrO2引入后,SiC陶瓷材料在1600℃开始氧化,表面生成了SiO2阻氧层阻止气体逸出,宏观上形成气泡,到1700℃材料氧化较严重,表面变得凹凸不平,出现较多空洞,并且存在一定程度的失重;1700℃氧化后,含ZrO2的材料表面和内部均有一定程度的氧化,表面的主要成分为SiO2,内部有部分SiC发生了氧化,两种材料氧化层呈梯度分布;在高温氧化过程中,ZrO2会发生由四方相向单斜相的相变,SiC对ZrO2的相变具有抑制作用,而材料氧化后生成的SiO2则无法抑制ZrO2的相变。     

均相共沉淀法制备纳米氧化锆复合粉体

以氨水、氧氯化锆为原料,在旋转填充床中进行均相共沉淀制备了纳米级ZrO2.采用XRD、TEM、BET测试手段对前驱体及纳米级ZrO2粉体进行表征.研究了转速、醇洗脱水工艺、煅烧温度对粉体粒径、分散性、晶型的影响.研究结果表明,在转速为1800r/min时,采用无水乙醇乳化脱水工艺,550℃下热处理能得到粒度分布窄、硬团...     

可控丙烯酸制备水溶性酚醛树脂的研究

本文采用本实验室制备的一种RAFT链转移剂,先与酚醛环氧树脂进行加成反应,然后通过控制丙烯酸的量再对加成后树脂进行改性,制备出了水溶性酚醛树脂;采用FTIR、GPC、DSC等测试手段对树脂的结构进行了表征,并对其性能进行了研究。实验发现,当酚醛环氧树脂和丙烯酸的摩尔比为1：15时,制备的改性酚醛环氧树脂不但溶于水,而且能溶于乙醇、丙酮等有机溶剂。210℃热处理10min后,树脂由水溶变成水不溶。该树脂有望在水显影热敏树脂体系中得到应用。     

F-48环氧树脂改性双酚A型氰酸酯树脂的研究

采用FT-IR与DSC研究了F-48酚醛型环氧改性双酚A型氰酸酯树脂的固化行为及固化工艺,通过DMA、TGA、介电性能和冲击强度测试对F-48酚醛型环氧改性双酚A型氰酸酯树脂的热性能、介电性能和韧性进行了研究。结果表明,随着F-48环氧树脂含量的增加,改性氰酸酯的Tg总体呈升高趋势,最高达到255℃;改性后的氰酸酯树脂热分解温度逐渐降低;F-48环氧树脂加入量为氰酸酯质量的25%时,改性氰酸酯树脂具有较低的介电常数和介电损耗;改性氰酸酯的冲击强度较纯氰酸酯树脂提高25%。     

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℃.