超声蚀刻法研究聚丙烯腈预氧化纤维的皮芯结构

预氧化各温区纤维经超声蚀刻处理后,利用扫描电镜（SEM）观察其皮层和芯部的形貌差异,并借助Raman光谱证实了预氧化纤维皮层和芯部的化学结构差异。结果表明预氧化初期195～225℃预氧化纤维整体预氧化程度低,纤维皮层和芯部的结构几乎没有差异;预氧化中后期235～265℃预氧化纤维芯部的稳定化程度较皮层低,芯部被蚀刻溶解,皮、芯形貌差异明显;经275℃预氧化后,纤维芯部稳定化程度提高,无论皮层还是芯部都呈现不溶性;最终的预氧化纤维出现了宽化的石墨特征Raman散射峰,但皮层的衍射峰较芯部更为宽化,反映出皮、芯化学结构的差异。     

热稳定化过程中PAN纤维热应力与热化学反应的关联性

借助DSC、FTIR、EA、WAXD和热应力变化等表征手段,系统研究了六种聚丙烯腈（PAN）纤维在热稳定化过程中应力变化特征与纤维热化学反应的内在关联.结果表明：在热稳化定化过程中PAN纤维化学应力峰的起始温度和峰顶温度很好地对应了纤维DSC起始与峰顶的温度,因而可采用化学热应力表征PAN纤维环化的反应速率和程度.由于化学应力峰的变化与PAN大分子的组成、有序度、芳构化指数以及密度等特征结构参数的变化具有较紧密对应关系,意味着热应力可用于连续热稳定化过程中在线控制纤维的结构.     

PAN纤维预氧化过程的结构变化及热行为

采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和差示扫描量热分析(DSC)研究了PAN纤维在预氧化过程的结构和热性能变化。结果表明:随着预氧化温度的升高,纤维的微晶尺寸增大,到220~230℃时达到最大,此后逐渐减小,原准晶结构逐渐被破坏。纤维的芳构化指数随预氧化温度的升高不断增大,PAN链状分子在逐渐演变成梯形环状分子结构,230℃和275℃是PAN原丝热稳定化的转折点。随着预氧化温度的升高,洋葱球非晶组织发生了结构演变。非晶化转变是从晶区边界开始,由外部向芯部逐步进行。纤维的环化度随着预氧化温度的升高表现为增大。在较低温度增加较快,随后增加变缓。230℃后,环化反应加剧,环化度迅速提高。     

PAN预氧化纤维的炭化过程

采用Raman光谱、XRD、AE、XPS和TG-MS方法分析PAN预氧化纤维在连续炭化过程中纤维结构参数和C、N、O含量的变化,以及反应中小分子的释放情况.Raman光谱分析表明:在炭化过程中纤维内sp2杂化的C-C原子键距逐渐变大,晶体尺寸增大,石墨化度也随之提高,乱层石墨结构趋于完善;XRD分析结果表明:炭化过程巾纤维的择优取向性提高,微孔含量减小是炭纤维体密度增大和强度逐步提高的原因所在;从预氧化纤维、低温炭化和高温炭化纤维的表面和本体元素分析的结果发现:炭化过程中碳元素的富集和非碳元素的脱除是由外向内的过程;TG-MS分析表明:小分子的释放主要发生在低温炭化的过程中,而高温炭化过程主要是大的梯形分子链交联脱除N2的反应.     

硝酸法PAN原丝及其预氧化纤维微细结构的X射线研究

用广角X射线衍射(WAXD)和小角X射线散射(SAXS)技术,探讨了批量生产的聚丙烯腈(PAN)原丝及其预氧化纤维的结构特征。同时,定量地估计出它们的相对取向度分别为83％和70.89％。PAN原丝的结晶度和微晶尺寸分别为36.82％和8.83nm。预氧化纤维的芳构化指数为0.54和该试样在2θ=30min时,SAXS的弱峰强度的最大值为5.48×10~(-3)nm~(-1),长周期为17.65nm。     

预氧丝皮芯结构对碳纤维性能的影响

在使用PAN.F(聚丙烯腈原丝)为前躯体制备PAN.CF(聚丙烯腈基碳纤维)的过程中,经过预氧化反应生成的PAN.OF(聚丙烯腈基氧化纤维,俗称预氧丝)是其非常重要的中间过程,PAN.OF的皮芯结构直接影响着PAN.CF的力学性能。借助超薄切片机、电子显微镜、扫描电镜和材料试验机等表征测试手段,系统研究了PAN.OF的皮芯结构对PAN.CF力学性能的影响。研究认为:通过原丝的细旦化和预氧化过程条件的优化可以有效控制或消除PAN.OF的皮芯结构,得到抗拉强度5600MPa以上,弹性模量290GPa以上的碳纤维。     

流态化预氧化PAN基纤维性能的研究

采用流态化预氧化技术对PAN基纤维进行预氧化实验,并对不同工艺方案下制得的预氧丝进行了氧含量、体密度、XRD、红外光谱等测试与分析。纤维经45min流态化预氧化后氧含量达到10.1%,体密度达到1.38g/cm3,XRD、红外光谱结果显示纤维发生了环化、脱氢的化学反应和组织结构变化,最终转变为耐热的梯形结构。实验结果说明,通过进一步优化工艺,流态化预氧化技术可以在保证预氧化质量的同时,大幅缩短预氧化时间,降低生产成本。     

聚丙烯腈纤维在预氧化过程中的结构和热性能转变

将聚丙烯腈(PAN)原丝置于空气中在180℃～265℃温度范吲内逐步预氧化，同时控制适当的牵伸比。利用广角X射线衍射(XRD)、定量傅里叶红外光谱(FT-IR)、差示扫描量热分析(DSC)和热失重分析(TG)手段考察了连续预氧化过程中纤维微晶结构、化学反应和热性能的变化。结果表明：(1)PAN纤维在宅气中外力场作用下进行氧化稳定化，200℃之前环化反应缓慢进行；在200℃～230℃温度范围内，环化度呈线性迅速提高．反应加剧；230℃之后，环化反应减慢；(2)预氧化反应按序态进行，首先发生在无序的非晶区，逐步向有序区演变；一旦有序区发生反应，则反应剧烈；(3)在210℃之前，微晶尺寸增大，符合应力场结晶理论；210℃之后，晶粒尺寸迅速减小。     

强磁场对聚丙烯腈预氧化纤维炭化性能的影响

利用不同条件的强磁场对经过280℃预氧化的聚丙烯腈(PAN)纤维进行处理并制成炭纤维,采用X射线衍射、单丝拉伸、BET、小角X射线散射分别对炭纤维的晶体结构、拉伸强度、表面缺陷、内部孔洞取向进行了表征。结果表明,强磁场处理使炭纤维的晶体结构趋于完整,表面缺陷减少,内部孔洞取向角变小,从而提高了炭纤维的拉伸强度。     

PAN预氧纤维径向结构的光密度法研究

针对聚丙烯腈(PAN)预氧纤维径向结构的分布特点,利用PAN预氧化结构对可见光的吸收作用,以可见光在纤维横截面上的透过率(光密度)为衡量标准,建立一种可定量表征PAN预氧化纤维径向结构的方法,即光密度法。结果表明:当测试样品厚度为400nm、光强为800lx时,光密度法表征纤维预氧化结构的径向分布特征最为准确灵敏。与传统的皮芯结构表征方法相比,该方法不仅可表示不同预氧化条件下纤维在相同区域的预氧化程度,还可获得预氧化程度在径向的分布情况。将该方法应用于PAN纤维的预氧化工艺研究,结果显示此方法可精确表达出工艺与结构的相关性,表明光密度法作为一种PAN预氧化程度表征的新方法,可在PAN预氧化径向结构研究中发挥积极的作用。     

炭化聚甲基丙烯酸甲酯／聚丙烯腈核壳聚合物制备炭纳米空心球

采用炭化聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/聚丙烯腈(PAN)核壳聚合物的方法制备了炭纳米空心球.以两步无皂乳液聚合法制备了PMMA/PAN核壳粒子:首先以间歇无皂乳聚合法制备出直径约200 nm的PMMA粒子乳液,再以其作为种子乳液,以饥饿滴定法在PMMA外表而聚合一层厚度约30 nm的PAN外壳.将制备的PMMA/PAN乳液冷冻干燥后,分别经过250℃预氧化及1000℃炭化工艺,制备了炭纳米空心球.透射电镜结果显示所有核壳粒子均炭化成空心球并呈现交联状态.     

Crystal structure transfer in core/shell nanowires

Structure engineering is an emerging tool to control opto-electronic properties of semiconductors. Recently, control of crystal structure and the formation of a twinning superlattice have been shown for III-V nanowires. This level of control has not been obtained for Si nanowires, the most relevant material for the semiconductor industry. Here, we present an approach, in which a designed twinning superlattice with the zinc blende crystal structure or the wurtzite crystal structure is transferred from a gallium phosphide core wire to an epitaxially grown silicon shell. These materials have a difference in lattice constants of only 0.4%, which allows for structure transfer without introducing extra defects. The twinning superlattices, periodicity, and shell thickness can be tuned with great precision. Arrays of free-standing Si nanotubes are obtained by a selective wet-chemical etch of the core wire.     

聚丙烯腈预氧丝皮芯结构的影响因素与防控措施

在恒温和梯度升温两种模式下,对不同纤度、横截面形状的3种聚丙烯腈原丝进行了预氧化处理,采用扫描电镜、光学显微镜、元素分析等技术研究了预氧丝的皮芯结构及氧元素的扩散。结果表明,对于恒温模式,在250℃加热1h的预氧丝已经产生了明显的皮芯结构,而对于梯度升温模式,直到275℃才开始出现皮芯结构;原丝的横截面形状不影响氧的扩散,在相同加热条件下,肾形截面预氧丝的皮层厚度与圆形截面的相同;原丝纤度越小,越容易获得均质的预氧丝。原丝的细旦化以及适当的梯度升温预氧化工艺是获得优质预氧丝的重要保证。     

Three-layer core/shell structure in Au-Pd bimetallic nanoparticles

This paper describes the internal structure of Au-Pd nanoparticles exhibiting newly discovered three-layer core/shell morphology, which is composed of an evenly alloyed inner core, an Au-rich intermediate layer, and a Pd-rich outer shell. By exploitation of spatially resolved imaging and spectroscopic and diffraction modes of transmission electron microscopy (TEM), insights were gained on the composition of each one of the observed three layers, indicating a significant extent of intimate alloy among the monometallic elements.     

TiN/VN composites with core/shell structure for supercapacitors

TiN/VN core-shell composites are prepared by a two-step strategy involving coating of commercial TiN nanoparticles with V₂O₅·nH₂O sols followed by ammonia reduction. The highest specific capacitance of 170 F g⁻¹ is obtained when scanned at 2 mV s⁻¹ and a promising rate capacity performance is maintained at higher voltage sweep rates. These results indicate that these composites with good electronic conductivity can deliver a favorable capacity performance.     

预氧化对聚丙烯腈膜结构及性能的影响研究

以聚丙烯腈(PAN)为前驱体,N-甲基吡咯烷酮为溶剂,水为凝胶介质,采用干-湿相转化法制备不对称PAN基聚合物膜,通过FT-IR、XRD、SEM等手段进行结构表征及恒压力变体积法测试气体渗透性能,主要探讨了PAN膜在空气预氧化处理过程中的化学和微结构变化规律及预氧化工艺条件(预氧化温度、恒温时间及空气流率)对PAN膜的结构和气体渗透分离性能的影响.研究表明,在空气预氧化过程中,PAN膜的化学结构经氧化交联由线性结构转变为体型结构,PAN由热塑性变为热固性材料.预氧化工艺对PAN膜性能有很大的影响.提高预氧化温度、延长恒温时间以及增大空气流率均有利于膜性能的提高,但当预氧化条件超过一定程度后,膜性能反而降低.SEM分析表明,预氧化处理后的膜仍具有聚合物膜的基本孔形貌.     

表面接枝聚丙烯腈的碳纳米管/聚丙烯腈初生复合纤维的制备

碳纳米管(CNTs)被修饰后表面接枝上聚丙烯腈(PAN),采用溶液聚合法合成复合纺丝液,并利用湿法纺丝技术制备PAN/CNTs初生复合纤维。采用FT-IR,HRTEM,TG等方法分析CNTs表面修饰前后状况,用XRD和SEM分析接枝CNTs对PAN初生纤维结构的影响。结果表明:CNTs表面成功接枝上PAN,二者之间具有较强的相互作用力,接枝CNTs的加入使PAN初生纤维的结晶度从36.92%提高到38.81%,晶粒尺寸从4.40nm增大到4.89nm,初生复合纤维的断面结构更加细化。     

超声蚀刻对PAN纤维组织结构与性能的影响

用傅里叶红外光谱(FTIR)、广角X射线衍射(WAXD)、扫描电镜(SEM)等方法测定并分析超声蚀刻对聚丙烯腈(PAN)纤维的化学结构、结晶、形态结构和机械性能的影响,为利用超声蚀刻方法制备电镜样品、研究PAN纤维结构奠定实验基础。实验结果表明:超声蚀刻处理对PAN纤维化学结构没有影响;溶解的PAN分子量随着超声时间延长而降低,未溶解的PAN分子量基本没有变化;这种处理会使纤维的结晶度和晶粒尺寸均小幅下降;经过超声蚀刻后纤维表面出现大量的原纤结构,能够实现原纤分离;这种处理对纤维的线密度影响不大,而纤维强度、断裂伸长率和初始模量均有所下降。     

FIB/TEM characterization of the composition and structure of core/shell Cu-Ni nanowires

Characterization of composition and structure is crucial to understanding the properties and performance of nanomaterials. For nanowires and nanotubes, determining radial compositional and structural modulations is particularly challenging. Here we use a focused ion beam (FIB) lift-out technique to show that Cu-Ni core/shell nanowires fabricated by template synthesis are characterized by large, high purity (>99 atom %) copper grains surrounded by much smaller, high purity (>99 atom %) nickel grains.     

聚丙烯腈纤维热应力与碳纤维结构及性能的关联性

针对二元共聚聚丙烯腈（PAN）纤维的热应力和聚集态结构特点,借用差示扫描量热（DSC）分析、广角X射线衍射（WAXD）、红外光谱（FTIR）等表征手段研究了预处理阶段（180 ℃）纤维热应力变化与最终碳纤维结构及性能的关联性。实验结果表明：对于取向度较高,但热应力较大的二元共聚PAN纤维,在180 ℃进行适当的应力松弛处理有利于最终碳纤维力学性能的提高。进一步的分析表明,随着预处理阶段纤维热应力的降低,PAN纤维内部准晶区的取向度逐渐下降,而纤维的环化反应活化能明显降低,相对环化率逐渐增大,相应碳纤维中类石墨晶体的层间距呈现先减小后增大的趋势,类石墨晶体的堆叠厚度则是先增大后减小;与之对应的碳纤维的拉伸强度以及拉伸模量也呈现出先增大后减小的趋势。综合研究结果表明：对二元共聚PAN纤维进行适当的热应力松弛处理可有效改善最终的碳纤维结构参数,提高其力学性能。