三维炭纤维预型体上烷烃气的催化炭沉积

研究了承载镍催化剂的三维(3D)炭纤维预型体,在含氢或无氢条件下,乙烷和合成天然气在其上面化学气相沉积形成的炭沉积率和碳纳米构结物.观察了炭沉积所获石墨纳米纤维、碳纳米管和石墨碳壳,得知沉积碳的纳米结构取决于沉积温度和碳源气组成.在650℃～800℃温间,总沉积时程直至12h,研究了烃类碳源气在氢气平衡下,从体积分数100%到20%变化情况.经Ni(NO3)2-6H2O甲醇溶液浸渍的3D炭纤维预型体在炭沉积前因溶液分解可还原出Ni.采用质量变化测定法、热谱-质谱分析仪、SEM、TEM和XRD对样品进行表征.结果表明:纤维状炭与囊包炭的比率随氢气含量的增加而增加,随反应温度的增高而减少.出乎意料的是,氢气的添加并不延长催化剂的寿命.该工艺过程对炭/炭复合材料的制备展示出良好的潜力.     

Mo-Fe/C催化裂解乙醇协同制备氢气和多壁碳纳米管

采用浸渍法制备Mo-Fe/C催化剂,利用化学气相沉积法裂解乙醇协同制备氢气和多璧碳纳米管。考察反应温度和Mo∶Fe摩尔比对于氢气产率和多璧碳纳米管品质的影响。结果表明:反应温度为600℃,Mo-Fe/C(其中,Mo∶Fe=1∶9,Mo+Fe=5%,质量分数)时所制催化剂最有效,氢气产率为77%,多壁碳纳米管的品质最佳。     

低能甲烷和氢气混合离子束诱导产生石墨纳米晶包覆多壁碳纳米管的复合结构

采用能量为80eV的甲烷和氢气混合(1:5)离子束在700℃下辐照多壁碳纳米管得到了石墨纳米晶包覆多肇碳纳米管的复合物.扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察表明离子束处理后的多壁碳纳米管被一层粗糙的碳质层包覆.高分辨透射电子显微镜观察显示,该碳层由许多(002)面与碳纳米管管轴角度为45°～90°的石墨纳米晶构成,层内的多壁碳纳米管空腔结构基本不变.甲烷的高温和沉积可认为是石墨纳米晶结构形成的主因,而氢离子束对偏离其方向的石墨晶面的选择性刻蚀是导致最终沉积的石墨纳米晶晶面与纳米管管轴构成大角度分布的原因.     

炭纤维/氨基化多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能的分子模拟(英文)

采用分子动力学模拟(MD)分析炭纤维/氨基化多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的力学性能。采用碳纳米管作为环氧树脂的主要增强材料以期提高三相复合材料的力学性能。建立固化的环氧树脂模型以提高碳纳米管和基体间的粘结强度。炭纤维体积分数设定为60%,碳纳米管体积分数为0.25%-5%。结果表明,碳纳米管体积分数从0.25%增加至5%时,沿炭纤维方向上的杨氏模量由92GPa提高至224.4GPa,抗张强度由1.35GPa提高至2.85GPa。     

裂解温度对碳纳米管制备的影响

以纳米级复合物NiO/SiO2为催化剂，甲烷为碳源，采用催化分解法制备了碳纳米管，并运用TEM对不同实验条件下得到的纳米碳管进行了形貌分析，结果表明：反应温度对碳纳米管的产率和形貌有着很重要的影响。反应温度过高或过低，碳纳米管的产率都很低。适合碳纳米管生长的温度范围是620℃-720℃，在660℃-680℃之间反应可得到稳定的产率。在640℃-680℃之间可以得到高纯度的产物，温度过高或过低时得到的碳纳米管形貌不均一而且含有很多杂质。     

钯纳米颗粒在不同碳质材料上的自发沉积与电活性

在无还原剂存在下,氯化钯在Vulcan XC-72碳粉(C)、多壁碳纳米管(MWCNT)和碳球(CM)等碳质材料表面上自发还原为金属钯,从而得到相应的钯纳米颗粒(Pd-C、Pd-MWCNT和Pd-CM)。用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对这些碳质材料修饰后,采用同样的自发还原方法分别制备出Pd/CTAB-C、Pd/CTAB-MWCNT和Pd/CTAB-CM催化剂。结果表明,CTAB修饰后的MWCNT明显增加了钯纳米颗粒的自发沉积量,粒径大约为9 nm,而在MWCNT上沉积的纳米Pd粒径为19 nm。Pd/CTAB-MWCNT在碱性条件下对乙醇氧化的电流密度达到44.2 m A·cm-2,与其他碳载体负载的Pd纳米催化剂相比,对乙醇氧化具有强而稳定的电催化活性。     

以LaNi5合金为催化剂制备碳纳米管的研究

在800℃下,以LaNi5合金粉末为催化剂,乙炔为原料,采用化学气相沉积法(CVD)分别在氢气氛和氮气氛下合成了多壁碳纳米管.研究了以LaNi5合金粉末为催化剂的条件下,反应气氛对生成碳纳米管的影响,探讨了CVD法生长碳纳米管的反应机理及LaNi5合金的催化机理.实验结果表明,反应过程中LaNi5分解为La3Ni7和Ni;在碳纳米管的生成过程中,La3Ni7进一步分解为La和Ni.氢的参与能显著改变生成的碳纳米管的质量.     

镁/碳复合纳米材料制备及放氢相转化率研究

引入微晶碳与Mg、Ni等金属复合,制备了70Mg30C4Ni复合储氢材料,其储氢密度在4.56%(质量分数)以上,放氢量为4.50%(质量分数),放氢时间为8min.260℃恒温放氢在65min内可释放出77%的氢气,说明Ni对镁碳复合储氢材料放氢性能具有较好的催化作用.通过计算,其平均纳米晶粒度为27.6nm.     

Ni(NO_3)_2催化酚醛树脂的炭化结构特性及其力学性能（英文）

在酚醛树脂中添加Ni(NO_3)_2,逐步固化、高温炭化后,用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜观察表征树脂高温炭化显微结构,并测试树脂炭的抗折强度、弹性模量和断裂能来分析其力学性能。显微结构观察表明:添加质量分数5%的Ni(NO_3)_2会在酚醛树脂炭化结构中生成体积分数约2%的纳米炭纤维,纳米炭纤维交错排布;由于酚醛树脂热解产生的含碳小分子气体成分复杂,在树脂玻璃炭出现了炭纳米纤维与碳纳米管接替生长的现象。力学性能测试结果表明:树脂玻璃炭中原位生成的纳米炭纤维与树脂炭基体有一定的结合强度,能提高树脂玻璃炭的抗折强度、弹性模量;可显著提高树脂炭的断裂能,增强其抗拉强度和断裂韧性。     

等离子体射流辅助双催化剂原位催化法合成碳纳米管

以甲烷为碳源，Fe2O3／Ni为固定相催化剂，在常压条件下利用等离子体射流的高温将甲烷裂解生成碳自由基和氢气。同时联合原位催化法将碳自由基在Fe2O3／Ni双催化剂的共同作用下生长出碳纳米管。运用TEM和元素分析等测试手段对所得碳纳米管进行形貌、含量、结构的表征分析。结果表明，在一定反应条件下，可获得外径为10nm-30nm，管长约数百纳米、产率为75％左右的碳纳米管。与单催化剂相比，双催化剂的联合催化作用更有利于碳管的生长。     

纳米复合材料的制备及相变特性研究

以4种不同类型的纳米碳材料(纳米石墨烯GNP-B、纳米石墨烯GNP-C、多壁碳纳米管MWCNTs和石墨化多壁碳纳米管G-MWCNTs)为填料,采用两步法制备了不同质量分数(0.2%～3.0%)的纳米复合相变材料。扫描电镜分析表明纳米碳材料较好地被石蜡包覆,由于纳米碳材料具有不同的管状和层状结构,纳米复合材料表现出不同的比表面积。红外光谱分析(FT-IR)表明纳米碳材料与石蜡之间未发生化学反应,仅以物理方式彼此结合。差示扫描量热分析(DSC)表明,纳米碳材料的种类和浓度对纳米复合材料相变温度的影响很小,熔化和凝固过程中最大的相变温度差分别为0.74℃和1.11℃。但随碳纳米颗粒质量分数的增加,复合相变材料的相变潜热值逐渐减小。对于4种纳米复合材料,当质量分数为3%时,4种纳米复合材料(MWCNTs、G-MWCNTs、GNP-C和GNP-B)熔化过程的相变潜热相比纯石蜡分别降低了7.3%、13%、12%和12.8%,凝固过程的相变潜热相比纯石蜡分别降低了11.2%、19.9%、17.8%和11.4%。     

薄壁碳纳米管的制取

采用催化裂解法,以二氯苯为碳源,二茂铁为催化剂,制取了薄壁碳纳米管.引入多壁碳纳米管的薄壁指数?来表征多壁碳纳米管的薄壁程度.研究了氢气流量、反应温度和催化剂浓度对薄壁碳纳米管制取的影响.确定了制取薄壁碳纳米管的优化参数:反应温度为850℃,催化剂浓度为0.06g/ml,氩气流量为500ml/min,氢气流量为200ml/min,反应溶液进给量为0.012ml/min.制备出薄壁指数达5.6的大中空薄壁碳纳米管.     

氢在化学气相沉积制备碳材料过程中的作用

化学气相沉积是目前广泛用于制备碳材料如纳米金刚石、碳纳米管、碳纳米尖端等材料的技术.在制备这些碳材料时,氢气是一种主要的反应气体,它形成的原子氢或离子氢在材料生长过程中对所形成的碳材料具有刻蚀作用,以及与碳材料表面上或内部的氢作用发生脱氢反应.但在不同的条件下,氢表现出刻蚀作用或脱氢作用.总结了氢在不同条件下的作用,提出了一些生长高质量碳材料的方法.     

改进化学气相沉积法在炭纤维表面生长碳纳米管(英文)

采用一种改进的化学气相沉积法在炭纤维表面制备碳纳米管。为了提高炭纤维表面的润湿性能,炭纤维在浸渍之前先在CVD设备中在真空下973 K的高温处理,然后在硝酸和浓硫酸体积比为3∶1的混合酸中酸处理30 min。而改进的化学气相沉积法关键在于让催化剂的还原步骤和碳纳米管的生长步骤同时进行。这样通过减小过渡金属元素与炭纤维之间的接触时间从而降低了它们之间的相互扩散,在确保了炭纤维本身的力学性能下降程度明显小于用普通化学气相法制备的情况下生长出长且茂密的碳纳米管阵列。另外,经过对工艺参数的优化发现当用乙醇作溶剂,Fe(NO3)3.9H2O溶度为100 mmol/L,氢气和碳源气体比值为4/1,而生长时间为30 min时得到最好的碳纳米管阵列。     

以聚偏氟乙烯中空纤维微滤膜为模板制备磁性ZSM-5/Ni中空纤维

以聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维微滤膜为模板, 通过化学镀制备Ni/PVDF纤维, 再经原位水热合成得到ZSM-5/Ni/PVDF纤维, 最后经高温焙烧制得ZSM-5/Ni中空纤维. 用SEM、EDX、XRD、BET、VSM和TG等对样品进行了表征. 考察了水热处理次数和温度对ZSM-5沸石在Ni-P镀层上负载的影响, 结果表明: 化学镀能制得Ni/PVDF纤维, 其磁性可控. 在150℃下两次水热处理Ni/PVDF纤维24h可在镀层上得到致密连续的沸石层, 控制水热处理温度可以控制镀层表面沸石层的厚度. 在550℃的空气气氛中焙烧ZSM-5/Ni/PVDF纤维可以得到完整的ZSM-5/Ni中空纤维, 150℃下两次水热处理24h得到的ZSM-5/Ni纤维, 焙烧后其饱和磁化强度由9.3A·m²/kg提高到20.3A·m²/kg, 其比表面积为108m²/g.     

空气氧化法提纯碳纳米管的研究

以乙炔为原料气，采用铁-镍复合催化剂，在700℃下，由化学气相沉积法(CVD)制得了直径为10nm～30nm的多壁碳纳米管(MWNT)。然后通过空气氧化法对所获碳纳米管进行提纯，去除了碳纳米管中的无定形炭、炭纳米颗粒及炭纤维等非晶碳成分，提高了碳纳米管的纯度；并研究了提纯温度和时间的关系。结果表明：碳纳米管在空气中440℃加热3h后，烧损率趋于平稳，基本上稳定在2％左右。使用透射电镜(TEM)考察提纯前后碳纳米管的形貌，发现碳纳米管在空气中440℃加热3h后，非晶碳成分基本去除，纯度得到提高。     

碳纳米管接枝炭纤维对环氧树脂浸润性能的影响

以乙炔为碳源、二茂铁为催化剂,通过雾化辅助化学气相沉积法(AACVD)制备多尺度杂化材料CNT/CF.利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)表征所制CNr/CF的形貌及其微观结构.结果表明:在反应温度750℃～800℃、沉积30min的条件下,碳纳米管(CNTs)能够以较高的密度均匀生长在炭纤维表面形成多尺度杂化材料CNr/CF.单纤维拉伸测试表明:在700℃～800℃、沉积30min的条件下所制CNT/CF的单纤维拉伸强度降低幅度小于13％;在反应温度750℃、沉积40 min的条件下、单纤维拉伸强度降低幅度小于10％.纤维悬挂液滴法研究表明:所制CNT/CF比原始炭纤维对环氧树脂有更好的浸润性能.     

炭纤维网布/螺旋碳纤维复合材料制备及电磁性能研究

以炭纤维网布为基体,通过电镀工艺在炭纤维网布上形成Ni催化剂膜,采用化学气相沉积方法原位合成炭纤维网布/螺旋纳米碳纤维复合材料,采用扫描电镜(SEM)、Raman光谱和X射线衍射仪(XRD)对生长的螺旋纳米碳纤维的形态和结构进行表征。考察主要反应因素—温度对螺旋纳米碳纤维生长的影响,并就生长过程进行了讨论;对其制备出的炭纤维网布/螺旋纳米碳纤维复合材料在8.2～12.4GHz频段的电磁性能进行分析,考察其吸波性能。结果表明制备出的炭纤维网布/螺旋纳米碳纤维复合材料比单一的螺旋纳米碳纤维具有更高的电磁损耗角正切,电损耗正切值由0.7提高到3.8,表明复合材料具有较好的吸波性能。     

Cu/CNTs复合粉末制备工艺研究

采用原位合成和化学共沉积相结合的方法制备了Cr/Cu复合粉体催化剂,并将其用于碳纳米管的制备。利用XRD、SEM和TEM手段分别对其晶相、微观结构形态进行表征。研究表明,Cr含量对最终产物CNTs的结构有明显影响,10%(质量分数)Cr复合催化剂催化效果最好;不同煅烧温度下所得催化剂存在差异,其中700℃煅烧条件下可制备出结晶良好的Cr/Cu纳米复合催化剂。不同生长温度下所得复合粉体催化合成的碳纳米管品质形貌不一,其中800℃条件下可得到纯度高、表面光滑的碳纳米管。     

采用聚硅氧烷SR355与纳米Ni粉混合物连接无压烧结SiC陶瓷

无压烧结SiC陶瓷(SSiC)是重要的高温结构材料,连接技术是扩大其应用范围的关键技术之一。将活性填料纳米Ni粉添加到聚硅氧烷SR355中制成连接材料,通过反应成形连接工艺连接SSiC。研究了纳米Ni粉对SR355的裂解过程和陶瓷产率的影响,同时也研究了填料含量和连接温度对连接件强度的影响。结果表明, 纳米Ni粉的加入促进了SR355的裂解并提高了其陶瓷产率。当纳米Ni粉含量为1％（质量分数）、连接温度为1050℃时,连接件经3次浸渍增强处理后的连接强度达到最大值。微观结构研究表明,连接层均匀致密,且与母材间界面结合良好,界面处发生了元素的扩散,纳米Ni粉在连接过程中参与了化学反应并促进了界面结合。