碳纳米管阵列/热解炭复合材料的制备和表征（英文）

以甲烷为碳源,通过化学气相沉积和化学蒸汽渗透两步法将热解炭填充至碳纳米管阵列间的空隙而制备出碳纳米管阵列/热解炭复合材料。采用扫描电镜和拉曼光谱仪对样品的结构进行表征。结果表明,碳纳米管被热解炭填充和覆盖形成均相的复合膜,其密度增加4倍,同时热解炭已石墨化。     

三维高导热炭/炭复合材料的制备、结构及性能（英文）

采用连续沥青基炭纤维与商业PAN基炭纤维的混编制备了三维炭/炭复合材料预制体,通过多次化学气相渗透(CVI)、液压浸渍(LPI)工艺对其进行增密处理和一系列的炭化和石墨化处理获得高导热三维炭/炭复合材料。在此典型结构中,沥青基炭纤维沿x,y方向水平正交排布,而商业PAN基炭纤维沿z方向双向贯通排布。研究了炭/炭复合材料的显微结构以及炭纤维和热解炭对炭/炭复合材料热导率和力学性能的相对贡献。CVI热解炭具有高结晶度并且沿纤维轴高度择优取向。通过3CVI和3CVI+4LPI工艺制备的炭/炭复合材料的密度分别达到了1.58和1.84 g/cm3。所制备的炭/炭复合材料沿x,y方向分别具有115.9 W/m·K (3CVI)和234.7 W/m·K (3CVI+4LPI)的高热导率,沿z方向的热导率分别只有18.6(3CVI)和41.5 W/m·K (3CVI+4LPI)。热扩散和热导率主要依赖于炭/炭复合材料中的连续性沥青基炭纤维。通过PAN基炭纤维的引入和后续增密过程,三维炭/炭复合材料的力学性能相对于一维炭/炭复合材料和二维炭/炭复合材料显著提高。     

高导热炭/陶复合材料的制备及其性能研究

以天然鳞片石墨粉为骨料炭、中间相沥青作粘结剂、以及Si,Ti为添加剂,利用热压工艺制备了系列炭/陶复合材料.考察了热压温度对材料物理性能和微观结构的影响.研究表明:随着热压温度的升高,最终材料的导热率和热扩散系数都单调增大;而抗弯和抗压强度则有所下降.当热压温度为2700℃时,在平行于石墨层方向材料的温热导热率、热扩散系数、抗弯和抗压强度分别为654W/m·K,413mm2/s,34.5,31.5MPa.当热压温度为2300℃时,材料微晶的定向排列程度就较高,晶格排列也较为规则.利用XRD,SEM,TEM等考察了材料的微观结构,探讨了材料导热性能与微观结构之间的相互关系.     

碳纳米管/聚酰胺纳米复合材料的制备及其阻燃和热性能(英文)

首先通过壬二酸和双(对-羧苯基)苯基氧化膦直接缩聚反应得到半芳香聚酰胺(PA),采用溶液共混方法,以多壁碳纳米管(CNTs)增强PA得到新型纳米复合材料。通过TG-DSC和微尺度燃烧量热法探讨CNTs对复合材料的热性能和可燃性能的影响。当CNT添加量为5%时复合材料的失重率比纯PA提高5%,热分解温度提高70℃。与纯PA相比,复合材料的热释放速率降低,这表明CNTs能提高PA的阻燃性。     

三维互连炭材料/金属导热复合材料的研究进展（英文）

随着电子设备的产热不断攀升,在确保设备性能和寿命方面,高效散热已成为一个关键的技术问题,高的导热性通常取决于填料在复合材料中形成快速导热通道的能力。近年来,在复合材料中利用高导热性填料开发三维互连结构已成为一种很有前途的方法。与传统的均匀分布和定向排列相比,填料的三维互连结构显著提高了复合材料的热导率。本文综述了三维互连结构的炭材料增强金属基导热复合材料的研究进展,讨论了复合材料的导热机理和导热模型,分析了提高复合材料导热性能的关键因素。本文通过回顾这些独特的构建三维互连炭材料网络的形式及其对复合材料导热性能的影响,旨在为进一步开发高性能金属基导热复合材料提供参考。     

垂直定向螺旋碳纳米管阵列的大量合成（英文）

以二甲苯作为碳源、二茂铁作为催化剂前驱体,采用催化裂解法大规模合成了具有不同螺距和螺旋直径、垂直于基底生长的碳纳米管阵列。通过拉曼光谱和高分辨透射电镜测试分析,结果表明,所制备的碳纳米管阵列分布均匀、石墨化程度高,且沿其长度方向具有不同的螺距和螺旋直径。由于在碳纳米管的生长过程中,会伴随着碳五环、碳七环与碳六环的生成,而碳六环是形成石墨晶格的基本结构单元。当碳六环网络结构中出现碳五环和碳七环时,螺旋形的碳纳米管就会形成。实验中螺旋形碳纳米管的产率约为4.5 mg/cm~2·h。螺旋形碳纳米管在高性能传感器、谐振器、纳米机械弹簧、电感等纳米电子器件中具有潜在的应用价值。     

聚苯胺-炭微球复合材料的制备及其电化学性能（英文）

通过电化学沉积法制备得到聚苯胺/炭微球(PANI/CMS)复合电极材料,通过场发射扫描电子显微镜和红外光谱对PANI/CMS复合材料进行形貌和结构表征。并采用循环伏安、恒电流充放电、电化学阻抗谱及循环寿命测试等技术考察其电化学行为。结果表明:PANI均匀包覆于CMSs表面;在电流密度为1 A·g~(-1)时,复合材料的比电容达到206 F·g~(-1);PANI/CM S复合材料表现出优异的电化学稳定性。说明PANI/CMS复合材料有望作为电极材料用于超级电容器。     

基于改性碳纳米管的有机硅导热复合材料的制备及其性能

通过3,4-二氟苯基双环己基乙烯(ECFB)液晶对碳纳米管(MWCNTs)进行功能化改性,并将ECFB-MWCNTs作为有机硅树脂的填料制备得到有机硅纳米复合材料。采用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、差示扫描量热仪(DSC)、X-射线衍射仪(XRD)等多种表征方法,完整揭示了ECFB与MWCNTs之间的非共价键作用,采用扫描电子显微镜(SEM)、导热系数仪等对样品进行性能表征。结果表明ECFB液晶有利于改善MWCNTs在有机硅复合材料中的分散性,提高与有机硅基体之间的界面作用,进而有效提高有机硅纳米复合材料的导热性能。当碳纳米管质量分数为11%时,ECFB-MWCNTs/有机硅复合材料的导热系数为0.8101 W/(m·K),是纯有机硅橡胶的5.3倍,是相同比例的MWCNTs/有机硅材料的2.3倍,这也说明通过液晶对碳纳米管进行修饰改性在纳米复合导热材料中具有广阔的应用前景。     

炭纤维/鳞片石墨/氰酸酯复合材料的导热和力学性能（英文）

为了改善纤维增强树脂基复合材料厚度方向(Z向)热导率和纵向(X向)压缩强度,通过向氰酸酯树脂中加入不同质量分数的鳞片石墨填料进行树脂基体改性,并与中国TG800炭纤维复合制备成炭纤维复合材料。研究了鳞片石墨/氰酸酯复合物固化前的流变性能,固化后的导热率、力学性能,以及炭纤维/鳞片石墨/氰酸酯复合材料的热导率和力学性能。结果表明,未固化鳞片石墨/氰酸酯复合材料的流变复数黏度随着鳞片石墨添加量呈指数型增加,随着形变量的变化表现出佩恩(Payne)效应,体现了鳞片石墨在树脂基体中的联通网络的形成和破坏过程;固化后复合材料的热导率随着鳞片石墨添加量的增加呈线性增加。当鳞片石墨添加量为10 wt%时,鳞片石墨/氰酸酯拉伸模量从2.9 GPa提高到4.3 GPa,提高了48%,热导率提高了100%,炭纤维/鳞片石墨/氰酸酯复合材料的Z向导热率提高了127%,复合材料纵向压缩强度提高了31%。     

自由取向炭/炭复合材料的新型制备及工艺优化（英文）

采用在炭纤维束的内部浸润熔融沥青的传统方法制备得到的炭/炭(C/C)复合材料难以实现细旦化水平,这是因为单束丝中含有数千根丝,经浸渍后沥青附着,从而引起沥青局部渗出,以及因不均匀沥青稳定性而导致微观结构不均匀。本文通过稳定的中间相沥青和分散的短切炭纤维混合、热压和炭化过程制备出细旦化水平的C/C复合材料。探讨了工艺参数对中间相沥青残炭率的影响。通过残炭率/工艺时间、残炭率!(表观密度/实密度)来优化工艺参数。结果表明,通过此法得到了细旦化水平的中间相沥青与炭纤维复合材料。中间相沥青的残炭率随加热升温速率、沥青/炭纤维质量比的增加而降低;随热压压力而增加。在高压力和高质量比下,发生沥青局部渗出。通过调控得到最佳的C/C复合材料制备工艺参数为:热压压力15 MPa,升温速率0. 2℃/min及沥青/炭纤维质量比1∶1。     

GO/MOF复合材料的制备及其吸附苯和乙醇性能（英文）

采用溶剂热法制备了金属有机骨架-氧化石墨烯(MOF/GO)复合材料,通过氮吸附/脱附、红外光谱对其比表面积和孔结构、表面官能团进行了表征,考察了其吸附苯和乙醇的性能。结果表明,当氧化石墨烯的添加量为5.25 wt%时,复合材料的比表面积和孔容最大。该材料对苯和乙醇有很高的吸附容量,其最大吸附容量可分别达到72和77 cm~3/g。MOF-5/GO复合材料吸附挥发性有机物(VOCs)的容量不仅受孔结构的影响,其表面特性也对吸附性能有重要作用。氧化石墨烯含量为3.5 wt%的GO/MOF复合材料对乙醇的吸附容量显著增强是由于其含有大量的含氧官能团。     

生物质和煤/重质油废弃物炭材料的制备及其能源存储应用进展（英文）

本文综述了生物质和废弃物制备炭材料及其在超级电容器、锂离子电池领域应用研究进展。具有天然分级结构的生物质包括海产品和农业废弃物以及煤和重质油的副产物已被广泛应用于制备炭材料的前驱体。本文介绍了多种炭材料包括零维碳量子点、一维炭纤维、二维炭纳米片以及三维炭框架结构的制备进展,并介绍了炭材料孔结构调控方法研究进展,如KOH活化法、KOH和自模板活化结合法、自活化法、自模板法以及N, O, P杂原子掺杂和共掺杂法,阐述了炭材料的孔结构和杂原子对其电化学性能的影响。最后介绍了生物质和废弃物炭在合成、结构调控、超级电容器和锂离子电池应用中面临的挑战。     

热处理温度对二维高导热炭/炭复合材料结构及热导率的影响（英文）

以高导热沥青基炭纤维布为增强体,中间相沥青为黏结剂,采用热模压成型及液相浸渍裂解工艺增密,并经高温石墨化处理制备二维高导热炭/炭复合材料。利用X射线衍射仪和透射电子显微镜对经不同温度处理后的沥青基炭纤维及二维高导热炭/炭复合材料的结构和形貌变化进行表征,并考察石墨化处理温度对复合材料热导率的影响。结果表明,随着热处理温度的升高,纤维及复合材料内部石墨微晶尺寸增大、取向度变好,纤维与基体间界面结合紧密、裂纹减少,而基体碳层间裂纹则呈扩大趋势。此外,二维高导热炭/炭复合材料的热导率随热处理温度的升高而线性增加,经3 000℃处理后,材料热导率高达443 W/m·K。     

空心炭球的制备及在双电层电容器中的应用进展（英文）

超级电容器已逐渐成为一种重要的储能装置,依据储能机理可分为赝电容器和双电层电容器(Electric double-layer capacitors,EDLCs)。目前商用超级电容器主要是以炭材料为电极的EDLCs。空心炭球(Hollow carbon spheres,HCSs)具有大比表面积,良好的导电性,优异的电化学稳定性以及良好的机械强度等优点,其在EDLCs电极材料中的应用引起了研究者的广泛关注。本文对常用于HCSs合成的硬模板法、软模板法、无模板法和改进St?ber法以及HCSs在EDLCs中的电化学性能进行了综述,并对HCSs微结构中的比表面积、孔径尺寸和杂原子掺杂等因素与其电化学性能之间的关系进行了分析和归纳,以期为低成本、高活性HCSs应用在超级电容器和其他领域提供思路。     

稀土镧催化热解二甲苯制备炭/炭复合材料的导热与摩擦性能

采用薄膜沸腾CVI以LaCl_3催化热解二甲苯、浸渍树脂及高温处理后获得密度为1. 72～1. 73 g/cm~3的炭/炭(C/C)复合材料,应用激光热导仪、摩擦试验机及扫描电镜等研究了催化剂含量对材料导热和摩擦性能的影响。结果表明,催化剂含量由0增加至15 wt%时,材料的热导率先升高后降低,摩擦系数及磨损率的变化与之相反。含量6 wt%下材料的导热性能较高,垂直与平行摩擦面方向的热导率最大分别为40. 3和86. 1 W/(m·K),较含量为0时提高约58. 5%和75. 6%;制动过程中,摩擦面易于形成纳米丝状碳增强的光滑摩擦膜,是该含量下材料摩擦系数和磨损较低、制动稳定性高的重要原因。     

碳纳米管/ZnS复合材料的制备及其性能表征

碳纳米管用氨水、乙二胺四乙酸(EDTA)进行表面改性, 然后通过硫代乙酰胺、醋酸锌、水和表面改性的碳纳米管在水浴超声条件下发生溶液化学反应, 在碳纳米管表面包裹了一层分布均匀、致密的ZnS纳米晶粒. 用XRD、TEM、SAED、SEM、FTIR、PL等表征手段对材料进行了结构及性能表征. 研究结果表明: 对碳纳米管进行乙二胺四乙酸处理是实现ZnS纳米晶粒在碳纳米管表面均匀、致密包裹的重要因素, 碳纳米管/ZnS复合材料的光致发光性较之相同方法合成的ZnS, 俘获态发射峰蓝移6nm, 而能带边缘发射峰蓝移16nm. 通过对FTIR及不同表面改性碳纳米管的对比试验研究, 给出了碳纳米管/ZnS复合材料的形成机理.     

纳米铜@炭复合材料的绿色制备及抗菌性能（英文）

纳米铜具有高效、安全等特点成为无机抗菌材料领域的研究热点。以廉价易得的葡萄糖和氯化铜为原料,通过加热炭化、高温煅烧二步还原,成功制备纳米铜@炭基复合材料(Cu-NPs@C)。采用X-射线衍射、透射电镜和光电子能谱仪以及比表面积对复合材料中铜的价态、粒径和分散情况进行表征。结果表明,Cu-NPs@C中的纳米铜具有面心立方的晶体结构,颗粒为球型且均匀分散在炭片上,粒径范围在4～46 nm,复合材料的比表面积最大为418 m~2/g。抑菌圈法和肉汤稀释法测试表明,复合材Cu-NPs@C-5对大肠杆菌(E.coli),金黄色葡萄球菌(S.aureus)及绿脓杆菌(P.aeruginosa)均具有优异的抑菌杀菌作用。Cu-NPs@C复合材料的抗菌性能体现在碳基载体具有较强的吸附性能,而起杀菌作用的主要是纳米铜。此外,碳基载体可以有效抵抗纳米铜颗粒表面的氧化,Cu-NPs@C-5在60天干燥存放后仍有较强的抗菌效果。     

MoS_2/石墨烯/泡沫炭复合材料的析氢性能（英文）

以包覆石墨烯的炭化三聚氰胺泡沫作为支撑,通过水热法在三维泡沫炭上原位生长二硫化钼(MoS_2)纳米片,合成出一系列的MoS_2/石墨烯/泡沫炭复合材料。经XRD和TEM表征,拥有三维网络结构的炭基骨架被厚度为15～20 nm的MoS_2纳米片均匀包裹。石墨烯包覆量对析氢性能影响很大,包覆浓度25 mg L~(-1)的R-CMMS-25析氢性能最佳,在10 m A cm~(-2)电流密度下过电位为163 m V,相应的塔菲尔斜率为76 m V dec-1,相比之前未包覆石墨烯的复合材料,析氢性能得到了很大提升。通过阻抗谱间接表征材料的电子迁移效率,可以看出RCMMS-25的阻抗值最低,这表明包覆适量还原氧化石墨烯能够加速电子迁移效率并进一步提升析氢性能。     

有机硅导热复合材料的制备及其性能

采用3,4-二氟苯基双环己基乙烯(ECFB)液晶对碳纳米管进行改性,将改性后的碳纳米管(MWCNTs)作为填料制备有机硅复合材料。利用液晶的取向性,在复合材料固化成型过程中施加电场力,诱使碳纳米管取向。采用FTIR、POM、TEM、导热系数测试等手段对改性碳纳米管及复合材料的形貌、结构、性能进行表征。结果表明,ECFB液晶可以改善碳纳米管在有机硅复合材料中的分散性。导热系数测试表明,当复合材料中碳纳米管的质量分数为11%时,施加电场后的ECFB-MWCNTs/有机硅复合材料导热系数达到1.5112 W/(m·K),是施加电场后的MWCNTs/有机硅复合材料的4倍多,是纯有机硅橡胶的近10倍。     

炭/炭复合材料表面预炭层的制备及其性能研究

为在炭/炭复合材料表面制备C/SiC浓度梯度高温抗氧化涂层,预先用料浆涂刷-高温处理工艺在其表面制备了预炭层.借助XRD、Raman和SEM等测试手段对所制备预炭层的组织结构和微观形貌进行了表征,讨论了不同的原料配比和炭化温度对预炭层结构的影响,并对预炭层与基体的结合性能进行了测定.研究结果表明：制备的预炭层结构致密,与基体具有较好的结合性能,其结合强度可达10.95MPa.不同的原料配比和炭化温度影响了炭层序态结构的形成,最终形成了不同结构的预炭层.