炭凝胶的制备及其电化学电容性能

采用新型聚合物混合法,在合成炭前驱体聚合物的单体溶液中混入热不稳定的聚乙二醇,制得了比表面积达710m2/g,平均孔径为2.8nm的新型中孔炭干凝胶PEG-RF炭.X射线衍射、热重分析及N2等温吸脱附测试结果表明,炭前驱体的微相分离结构和热稳定性较差的聚乙二醇的存在导致了炭干凝胶中孔特征孔隙结构的形成.在30％H2SO溶液中,对PEG-RF炭和比表面积迭1720 m2/g的微孔T82型活性炭的电化学电容性能进行了对比研究。研究结果表明:当放电比电流为0.2A/g时,PEG-RF炭和T82型活性炭的比容量分别为36F/g和48F/g;当放电比电流增至1A/g时,PEG-RF炭和T82型的比容量分别为105F/g和94F/g;PEG-RF炭具有比T82型活性发更优异的电化学电容性能,两者孔隙结构的差异导致了炭凝胶电化学电容性能的差异.     

海藻酸钠修饰LDH制备多孔炭及其电化学性质

研究分别以Mg-Al-LDH,Zn-Cr-LDH和Mg-Cr-LDH为模板,海藻酸钠为前驱体在600℃下炭化制备的多孔炭发现,多孔炭的BET比表面积从173m2/g增加到497m2/g,而海藻酸钠自身炭化所得多孔炭的比表面积仅为95m2/g。电化学研究表明,以Mg-Cr-LDH为模板制备的多孔炭(PC—4)电极的循环伏安曲线图形更接近矩形,阴极和阳极过程基本对称;在恒电流充放电实验中,50mA/g的电流密度下PC—4电极的电容为92F/g且电流密度为500mA/g时充放电循环1000次后电容损失小于1%。比表面积、孔结构和电化学研究表明,海藻酸钠修饰LDH制备的多孔炭具有作为超级电容器电极材料的潜在价值。     

基于花瓣球形聚苯胺制备多孔炭的研究

以花瓣球形的聚苯胺(PANI)为前驱体,经炭化和KOH活化制备出球形结构的多孔炭.采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、低温N2吸脱附、X射线衍射(XRD)以及X射线光电子能谱(XPS)等分析手段对多孔炭的形貌、结构和元素组成进行表征,并探讨了炭化温度对多孔炭电化学性能的影响.结果表明:炭化和活化温度分别为750℃和850℃时,获得的多孔炭为直径约2μm的球形粒子,其比表面积高达2 496.6m2/g,并具有合适的多级孔结构分布.当电流密度为0.5A/g时,合成的多孔炭比电容值高达247F/g;当电流密度增大到20A/g时,比电容量仍有182F/g,表现出优良的倍率性能;在电流密度为10A/g的条件下,经1 000次恒电流充放电循环后,其比电容量保持率为102%.     

聚合物共混法制备超级电容器用多孔炭材料

以酚醛树脂为前驱体,以聚乙二醇为致孔剂,采用聚合物共混法制备超级电容器用中孔炭电极材料. 采用N2吸附法测试了炭材料的比表面积和孔结构参数. 采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等评价了其在1mol·L-1Et4NBF4/PC有机电解液中的电化学双电层电容性能. 结果表明,酚醛树脂和聚乙二醇等比例共混炭化制备的多孔炭的比表面积为618m2·g-1,中孔率为59.7%,比电容为32F·g-1,大电流性能和循环性能良好.     

采用微正压CVD法制备块体各向同性热解炭

以丙烯作为碳源气体,氮气和氢气作为载气和稀释气体,采用自行设计的化学气相沉积(CVD)炉,设计特殊的发热体,利用微正压化学气相沉积法制备块体各向同性热解炭材料.对制备的材料取样分析,利用排水法测量样品的表观密度;通过金相显微镜表征材料的组织结构和表面形貌:利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜表征材料的微观结构和断口特征.提出了一种新的各向同性热解炭的沉积机理即电磁场流态化沉积机理.研究结果表明:在1 000～1 300℃沉积10~40 h,可得到密度为1.73~1.93 g/cm3、厚度为5～15mm的各向同性热解炭材料块体,主要由球形颗粒状热解炭组成,结构致密,孔隙较少,分布均匀,热解炭颗粒之间产生融并现象.     

聚合诱导相分离法制备纳米Fe掺杂多孔炭

以2130酚醛树脂为碳质前驱体,乙二醇为溶剂,苯磺酰氯为催化剂,纳米单质Fe粒子为掺杂剂,通过聚合诱导相分离热解法制备了掺Fe多孔炭单体,主要分析了Fe对前驱体溶液和多孔炭形态的影响。结果表明:纳米Fe粒子使前驱体溶液的pH值降低,溶液开始凝胶的时间增长,不同酚醛树脂含量下纳米Fe掺杂多孔炭的微结构及性能具有明显差异。Fe主要化合态存在于FeS和C48H44Fe14.01N15O35.68中。     

用CVI增密技术制备航空刹车用C/C复合材料

以炭布与炭纤维薄毡交替成叠层,采用针刺技术在垂直布面方向引入增强纤维,制成准三维预制体,在自行研制的热梯度CVI炉中制备了航空刹车用C/C复合材料;采用偏光显微镜研究了沉积炭的显微结构.研究结果表明该CVI炉可实现多试样同时沉积,且位于料柱不同位置的试样密度分布较均匀;对外径为110 mm,内径为45 mm,厚度为15～20 mm的试样,在80 h内,试样的平均密度可达1.60 g/cm3,炭的有效利用率可达27%;在料柱的不同位置以及同一试样中沿径向的不同位置,沉积炭的显微结构都有所不同;沉积炭的显微结构有粗糙层结构、带状结构以及光滑层结构;通过工艺参数的优化,可以得到以粗糙层结构为主的C/C复合材料.     

毡体密度对C/C复合材料增密和结构的影响

用液化石油气作碳源、针刺炭毡作增强体,在自行设计的多元耦合物理场CVI炉中制备炭/炭(C/C)复合材料,在毡体内部设置石墨纸作发热体,并研究了一次性沉积15 h后,毡体密度对增密速度和材料结构的影响.采用偏光显微镜研究了沉积炭的显微结构,用XRD均峰位法研究了材料的石墨化度,并用排水法测量材料的表观密度.研究表明, CVI工艺增密速度随毡体密度的增加呈下降趋势,而较高的毡体密度有利于获得较高石墨化度的高织构的粗糙层结构(RL)热解炭.图4,参15.     

碳源对微正压ICVI炭/炭复合材料的密度和结构的影响

分别采用石油液化气和丙烯作为碳源、氮气作为载气、针刺毡作为多孔预制体，在微正压ICVI沉积炉中制备炭／炭复合材料，沉积温度为820～970℃，每个样品均沉积120h。研究不同的碳源对材料增密、密度均匀性和显微结构的影响，采用偏光显微镜和扫描电镜观察热解炭的显微结构和沉积表面形貌，采用排水法测量材料的密度。研究结果表明，在不同碳源条件下，材料的密度都随沉积温度的升高先增加后减小，热解炭均为中等织构，但是，其微观组织形貌存有差别；以石油液化气作为碳源，在940℃沉积密度达到1．53g／cm^3，样品内外存在0．022g／cm^3密度梯度，沉积表面形貌粗糙、有球状的凸起；丙烯作为碳源，在880℃沉积密度达到1．51g／cm^3，样品内外存在0．036g／cm^3密度梯度，沉积表面光滑。     

炭/炭复合材料的摩擦磨损性能

选取由CVD预增密至一定密度,再进行树脂浸渍/炭化补充增密至1.85 g/cm3的炭/炭复合材料作摩擦环试样.测试了该试样在一系列刹车速度时的摩擦磨损性能,并对其摩擦面及磨屑进行了SEM观察,对摩擦面进行显微喇曼光谱分析.研究结果表明炭/炭复合材料的摩擦磨损性能随刹车速度的变化而发生显著变化,在10 m/s时出现最高峰,在25 m/s出现亚高峰;磨损量随刹车速度的增加而增加,而氧化磨损在刹车速度为25 m/s时开始大量产生,在28 m/s时达最大值.其摩擦表面形貌、结构及磨屑亦有较大差别.刹车速度从5 m/s升至20 m/s时,摩擦面石墨化度降低,石墨结构向无定型碳结构转变,但在高速时石墨化度反而升高,无定型碳结构又向石墨结构转变.     

C/C和C/C-SiC复合材料的氧化及烧蚀性能

用液相浸渍．裂解聚硅烷工艺制备了C／C-SiC复合材料，对比了C／C与C／C-SiC复合材料的氧化及烧蚀性能，用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了氧化与烧蚀前后的微观结构及物相变化．结果表明：C／C-SiC复合材料使C／C复合材料的氧化起始温度从500℃提高到700℃；在600℃和700℃恒温氧化条件下，C／C-SiC复合材料比C／C复合材料的氧化速率分别降低38％和47％，失重率分别降低35％和47％；C／C-SiC复合材料的耐烧蚀性能优于C／C复合材料．     

碳－碳键均裂引发苯乙烯的悬浮聚合反应

对２，３－二氰基－２，３－二苯基丁二酸二乙酯碳－碳键均裂引发苯乙烯的悬浮聚合反应进行了研究．结果表明，羟乙基纤维素是比较好的悬浮剂，有利于聚合体的形成，虽然悬浮聚合反应因分散体系各种因素的影响比较复杂，但反应条件对聚合体分子量的影响与本体聚合机理基本一致     

C/C复合材料弯曲性能数值模拟与试验验证

对C/C复合材料在弯曲载荷下的性能进行了试验研究和有限元数值模拟研究。试验中,沿两个加载方向分别测试了C/C复合材料的弯曲性能,绘制了试验件的载荷位移曲线并给出了损坏试验件的微观照片。在有限元模拟中,采用了Linde失效准则来进行模拟,预测了C/C复合材料在垂直于纤维方向上的弯曲强度。有限元模拟结果与试验结果相比,误差为3.56%。最后分析了C/C复合材料在弯曲载荷作用下的损伤破坏机理。C/C复合材料受到弯曲载荷时,发生破坏的主要原因是轴向纤维在拉伸应力下达到强度极限而破坏。纤维损伤主要出现于0度纤维层的中间部分,而基体的损伤分布情况范围较广,主要集中于上表面和试件的中间部分。     

不同刹车压力下C/C复合材料的摩擦磨损性能

研究了粗糙层和光滑层2种不同热解炭与树脂炭混合基体炭/炭复合材料在不同制动压力下的摩擦磨损性能,且对摩擦表面与磨屑进行了SEM观察和分析,并采用X射线衍射与激光喇曼光谱测定了在不同刹车压力下摩擦表面的石墨化度.研究结果表明:C/C复合材料的摩擦因数由摩擦表面所形成的摩擦膜所决定,随着刹车压力的增大,摩擦膜更完整平滑,摩擦因数呈降低趋势,磨损则随刹车压力的增大而呈增大趋势;粗糙层结构C/C复合材料即使在高制动压力下,仍能具有较高的摩擦因数,显示出优良的高压摩擦性能;高压下摩擦表面会发生应力石墨化作用,这是高压下摩擦因数下降的原因之一.     

细编穿刺3D碳/碳复合材料双向拉伸实验研究

对细编穿刺3D碳/碳复合材料双向拉伸性能进行了实验研究,介绍了双向拉伸实验方法,自行设计制作了一套双向拉伸实验装置,采用有限元分析方法进行了十字型试件的设计.对两种不同铺层的细编穿刺3D碳/碳复合材料进行了1∶1应力状态下的双向拉伸实验,得到了材料在该种应力状态下的强度,试件初始破坏都发生在中心区.研究结果为该种材料在复杂应力状态下的强度分析奠定了基础.     

植物的水分关系和光合二氧化碳固定

分析了光合二氧化碳固定途径的3种类型,比较了不同二氧化碳固定途径植物在水分利用上的差异,并提供了C3和C4植物的快速鉴别方法。     

碳纤维复合材料低成本多用途发展展望

碳纤堆复合材料低成本是一个主要的发展趋势。本文从发展高性价比碳纤维,制备工艺及成型技术和扩展应用领域等方面对其发展趋势进行论述。     

埋入SiO_2中C团光致发光机理的研究

用射频共溅射方法和退火工艺制备厂埋入 SiO_2中碳的复合薄膜,并在室温下得到了强的可见光致发光谱(峰值在2.136eV)。用拉曼散射谱和红外透射谱对样品进行了测量,分析厂复合膜的微结构,研究了不同碳含量对光致发光谱的影响,并对 C-SiO_2复合薄膜的光致发光机理进行了讨论。     

网状生物转盘同步去除C和N的研究

采用新型的三级网状生物转盘,该新型盘片具有较大的比表面积和孔隙度,有利于微生物的附着、生长与繁殖,所以单位面积的网状盘片上的生物量是普通盘片的5~7倍.由于生物膜厚度的增加,生物膜内部容易产生厌氧环境,运行中适当的控制各种参数,生物转盘就会具有较好的同步去除C和N效果.水力停留时间为81、2 h,脱氮率分别为52.25%、55.19%,COD的去除率分别为79.72%、90.19%,达到了同步去除C和N的效果.