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。     

纳米碳纤维的低温制备——催化剂粒子尺寸的影响

以采用电阻加热法制备的纳米铜粒子为催化剂,在低温下催化乙炔制备了纳米碳纤维。所制备的纳米碳纤维具有螺旋型和直线型两种形貌。采用透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对纳米碳纤维进行了表征。纳米铜催化剂粒子在催化纤维的生长过程中,经历了一个重要的形状变化过程。催化剂粒子尺寸对所制备的纳米碳纤维的形貌有很大的影响。通常有两根螺旋纳米碳纤维以对称模式在单个粒径小于50nm的催化剂粒子上生长,它们的旋向相反,但是具有相同的螺旋直径、螺旋长度、螺旋缠绕程度和纤维直径。较大尺寸的催化剂粒子易生长直线型纳米碳纤维。     

铜催化剂纳米粒子的尺寸对碳纤维形貌的影响

通过化学气相沉积法高重复性制备了纳米螺旋碳纤维和直线性碳纤维,并研究了金属铜纳米粒子催化剂的尺寸大小对碳纤维形貌的影响,认为粒径较大的铜纳米粒子容易催化聚合生成直线形碳纤维;反之,粒径较小的铜纳米粒子倾向于合成纳米螺旋碳纤维.利用场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)和X射线粉末衍射(XRD)等测试方法对产物进行了表征.     

纳米多孔Ni-P涂层催化制备螺旋碳纤维研究

以纳米多孔Ni-P涂层为催化剂模板,制备形貌良好、宏量生长的螺旋碳纤维。采用扫描电子显微镜对螺旋碳纤维进行微观形貌观察,采用X射线能量色散谱仪对纳米多孔Ni-P涂层表面进行元素分析,采用X射线衍射仪表征其物相组成。研究了反应温度、升温速率、反应气氛对螺旋碳纤维形貌及纳米多孔Ni-P涂层物相组成的影响。实验结果表明,非晶态的纳米多孔Ni-P涂层在升温过程中会形成结晶Ni相和结晶Ni3P相。随着温度的提高,用纳米多孔Ni-P涂层催化生长的螺旋碳纤维直径出现由大变小的趋势,在600℃时制备的碳纤维其螺旋形貌最佳。螺旋碳纤维的纤维直径、螺旋直径与纳米多孔Ni-P涂层中Ni(200)晶面的择优取向强度相关,这是决定螺旋碳纤维形貌的关键,Ni(200)晶面的择优取向强度越高,生长的螺旋碳纤维的纤维直径和螺旋直径越小。     

特殊结构螺旋纳米碳纤维的制备及电化学性能

以乙炔为碳源,三水合酒石酸铜为催化剂前躯体,氩气为保护气,采用化学气相沉积法(CVD)制备特殊结构的螺旋纳米碳纤维。通过扫描电镜、透射电镜观察螺旋纳米碳纤维的形貌和结构,将制备的螺旋纳米碳纤维作为锂离子电池负极材料,通过恒电流充放电和交流阻抗谱测试其电化学性能。研究表明,催化剂在管式炉内石英管中部与进气口之间制备的DNA状螺旋纳米碳纤维螺旋紧密、长度较长、结构单一,组装的电池具有最长的充放电平台,40次充放电循环后,库伦效率保持在98.5%以上,比容量在584mAh/g以上,电化学阻抗最小,导电性最好。     

螺旋纳米碳纤维的研究进展

螺旋纳米碳纤维因其杰出的物理和化学特性(低密度、超弹性、高导电率、高比强度、耐热性和化学稳定性)已经引起了人们极大的关注。它们可以被用来作为微磁传感器、电磁波吸收材料、储氢材料和弹性材料等。综述了螺旋纳米碳纤维的制备、影响因素、微观结构和生长机理,并讨论了螺旋纳米碳纤维存在的一些问题。     

SiO_2-螺旋纳米碳纤维双相炭黑的制备及结合胶性能研究

双相炭黑是新型的填料,螺旋纳米碳纤维(HCNF)是具有特殊结构的炭材料。以气相生长HCNF为基础,通过原位生成法制备了双向炭黑——SiO_2/螺旋纳米碳纤维(SiO_2-HCNF),研究了SiO_2-HCNF的制备与性质。最后与炭黑N330和HCNF进行结合胶性能对比。结果表明:SiO_2-HCNF结合胶的抗拉强度较天然橡胶(NR)提高了0.2MPa,较HCNF结合胶提高了0.098MPa,并且结合胶量也提高了8.27%。     

螺旋碳纤维的制备:形貌控制与生长机理

螺旋碳纤维自被发现以来,因其独特的三维螺旋结构引起了研究人员的关注.探究螺旋碳纤维的制备方法及其影响因素,对研究螺旋碳纤维的生长机理有着重要的作用.螺旋碳纤维是具有规则螺旋线圈或扭转结构的碳纤维,目前制备的螺旋碳纤维主要有单螺旋碳纤维和双螺旋碳纤维.碳纤维具有密度小、拉伸强度高、拉伸模量高、热导率好、导电以及电磁屏蔽波特性等特点,并且其力学性能、热性能及电性能都具有显著的各向异性.螺旋碳纤维不但具有与碳纤维类似的优异性能,并且所具有三维螺旋结构还赋予其良好的弹性、独特的电磁学以及生物催化等特性,在电子器件、手征催化、智能材料、隐身吸波材料、高性能和多功能复合材料等领域有着潜在的应用前景.然而,如何得到螺旋形貌规整的碳纤维、螺旋碳纤维的手性拆分和分散问题以及螺旋碳纤维的规模性可控制备一直是研究的难点和关键.近年来,研究者们一直对螺旋碳纤维的生长机理及生长动力进行探究,通过构建合理的生长模型表明促进剂以及催化剂的晶型和尺寸等对碳纤维的双螺旋结构有着关键影响.目前已能通过调控不同的制备条件制得形貌规整、结构均一的螺旋碳纤维,对其在各个领域的应用进行了一定的探索并取得了很大的成功.研究者们通过将螺旋碳纤维作为填料分散在复合材料中,利用螺旋碳纤维优异的性能,提高复合材料的综合性能或赋予复合材料的多功能性,以期实现复合材料在各个领域的应用.本文归纳了螺旋碳纤维的制备与生长机理的研究进展,分别对螺旋碳纤维的制备条件以及研究者们对生长机理模型的探究进行了介绍,总结了通过调控制备方法、碳源种类、反应温度、催化剂种类、促进剂以及碳源与氢气进气量比值等条件下所得到的螺旋碳纤维的差异,从而对螺旋碳纤维的生长机理进行推测和讨论.本文分析了现阶段螺旋碳纤维所面临的问题并对螺旋碳纤维未来的发展进行了展望,以期为螺旋碳纤维的进一步可控制备和产业化发展提供参考.     

螺旋碳纤维的制备:形貌控制与生长机理

螺旋碳纤维自被发现以来,因其独特的三维螺旋结构引起了研究人员的关注。探究螺旋碳纤维的制备方法及其影响因素,对研究螺旋碳纤维的生长机理有着重要的作用。螺旋碳纤维是具有规则螺旋线圈或扭转结构的碳纤维,目前制备的螺旋碳纤维主要有单螺旋碳纤维和双螺旋碳纤维。碳纤维具有密度小、拉伸强度高、拉伸模量高、热导率好、导电以及电磁屏蔽波特性等特点,并且其力学性能、热性能及电性能都具有显著的各向异性。螺旋碳纤维不但具有与碳纤维类似的优异性能,并且所具有三维螺旋结构还赋予其良好的弹性、独特的电磁学以及生物催化等特性,在电子器件、手征催化、智能材料、隐身吸波材料、高性能和多功能复合材料等领域有着潜在的应用前景。然而,如何得到螺旋形貌规整的碳纤维、螺旋碳纤维的手性拆分和分散问题以及螺旋碳纤维的规模性可控制备一直是研究的难点和关键。近年来,研究者们一直对螺旋碳纤维的生长机理及生长动力进行探究,通过构建合理的生长模型表明促进剂以及催化剂的晶型和尺寸等对碳纤维的双螺旋结构有着关键影响。目前已能通过调控不同的制备条件制得形貌规整、结构均一的螺旋碳纤维,对其在各个领域的应用进行了一定的探索并取得了很大的成功。研究者们通过将螺旋碳纤维作为填料分散在复合材料中,利用螺旋碳纤维优异的性能,提高复合材料的综合性能或赋予复合材料的多功能性,以期实现复合材料在各个领域的应用。本文归纳了螺旋碳纤维的制备与生长机理的研究进展,分别对螺旋碳纤维的制备条件以及研究者们对生长机理模型的探究进行了介绍,总结了通过调控制备方法、碳源种类、反应温度、催化剂种类、促进剂以及碳源与氢气进气量比值等条件下所得到的螺旋碳纤维的差异,从而对螺旋碳纤维的生长机理进行推测和讨论。本文分析了现阶段螺旋碳纤维所面临的问题并对螺旋碳纤维未来的发展进行了展望,以期为螺旋碳纤维的进一步可控制备和产业化发展提供参考。     

具有有序宏观结构纳米碳纤维的制备及其性能应用

以CH4为碳源,金属Ni为催化剂,采用化学气相沉积法(CVD)在有序宏观基体材料(SiO2纤维,Al2O3纤维)上制备出纳米碳纤维。利用场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)以及热重分析(TG)对产物进行了微观形貌和结构的检测。结果表明,所制备的纳米碳纤维具有取向性,能够在有序宏观基体材料上形成致密有序的纳米碳纤维层;与Al2O3纤维相比,SiO2纤维更易于生成高质量的纳米碳纤维;所制备的纳米碳纤维遵循顶端生长模式。此外,采用纳米碳纤维作模板可以原位合成出具有有序宏观结构的纳米LaMnO3,它能明显降低碳黑颗粒的起燃温度,具有潜在的应用前景。