电沉积Fe-P合金镀层催化碳纤维石墨化研究

研究了电沉积Fe-P合金镀层对碳纤维的催化石墨化效果以及镀层组成对催化石墨化温度的影响.采用X-射线衍射、拉曼光谱及扫描电子显微镜等方法表征了空白样碳纤维与含Fe-P合金镀层碳纤维经不同温度热处理后的结构变化.研究结果表明,Fe-P合金对碳纤维的石墨化具有显著的催化效果.含Fe-P合金催化剂(P质量分数为7%)的聚丙烯腈基碳纤维经1 000℃热处理后,其石墨化度可达到71%,而不含Fe-P合金的空白样碳纤维经2 800℃热处理后石墨化度仅为30.1%,Fe-P合金催化剂大幅度降低了碳纤维的石墨化温度.同时,碳纤维的石墨化度随着Fe-P合金催化剂中P质量分数的增加而增大;随着Fe-P合金电沉积时间的延长而增大,直到镀层厚度达到一定值.本文还就Fe-P合金对碳纤维的催化石墨化机理进行了讨论,结果表明Fe-P合金对碳纤维的催化石墨化遵循溶解-析出机理.     

石墨化石油焦用作锂离子电池负极材料的研究

将石油焦原料进行破碎、筛后分级,得到10～20μm的石油焦颗粒,经过盐酸处理除去灰分,分别利用SEM和XRD对样品的形貌和微观结构进行表征。盐酸处理后的石油焦经过不同温度的石墨化热处理,对石墨化后的试样进行XRD和作为锂离子电池负极材料的电化学性能测试。结果表明,经过适当温度的石墨化热处理,石油焦内部结构越来越接近石墨,储锂机制为"石墨微晶层面间距储锂",从而使试样的电化学性能有所提高。石墨化热处理温度为2600℃时,试样的石墨化度为78.8%,首次放电比容量达到326.1mAh/g,首次库伦效率达到78.8%,且经过100周充、放电循环,放电比容量几乎不衰减。     

糠醇和聚苯胺树脂碳化产物结构参数和石墨化度测试

采用X光衍射法对糠醇树脂和聚苯胺树脂碳化产物的石墨化度和微观结构进行了研究.结果表明,经620℃碳化处理的糠醇树脂样品具有尖锐的(100)晶面特征衍射峰,同时在衍射角为65°和82°附近,伴有(110)晶面和(006)晶面.这表明糠醇树脂是一种较易石墨化的有机高分子树脂.经1000℃以下碳化处理的聚苯胺树脂样品石墨化程度相对较低,碳化温度高于1000℃后,碳化产物的石墨化度则迅速提高.     

聚丙烯腈基炭纤维的组织结构及力学性能

在不同温度下对聚丙烯腈基炭纤维(PAN-CF)进行张力炭化处理并进行高温石墨化.研究结果表明:在炭化过程中,PAN-CF的拉伸强度在1400℃时达最大值,拉伸模量则随炭化温度的升高而增大;与炭化样品相比,PAN-CF石墨化后的拉伸强度减小,拉伸模量增大;随着炭化温度的升高,微晶c轴方向堆叠厚度Lc增大,层面间距d002减小; 炭化温度为1400℃时,PAN-CF在石墨化后,内部的炭颗粒排列得非常紧密,并且孔洞、裂纹、皮芯结构等缺陷很少;当炭化温度高于1400℃时,石墨化后PAN-CF内部有大量缺陷,使PAN-CF的拉伸强度大大降低.     

糠醇和聚苯胺树脂碳化产物结构参数和石墨化度测试

采用X光衍射法对糠醇树脂和聚苯胺树脂碳化产物的石墨化度和微观结构进行了研究。结果表明,经620℃碳化处理的糠醇树脂样品具有尖锐的(100)晶面特征衍射峰,同时在衍射角为65°和82°附近,伴有(110)晶面和(006)晶面。这表明糠醇树脂是一种较易石墨化的有机高分子树脂。经1000℃以下碳化处理的聚苯胺树脂样品石墨化程度相对较低,碳化温度高于1000℃后,碳化产物的石墨化度则迅速提高。     

聚酰亚胺薄膜层叠体热处理过程中的结构演变

将双向拉伸PI薄膜,层叠后经800℃炭化所得样品在热压机中进行从2 500℃到2 800℃的高温石墨化处理制得了高定向石墨材料。借助SEM、XRD、四探针法等测试手段分析了PI薄膜层叠成型体在热处理过程中尺寸、传导性能、微观结构等的变化。结果表明石墨化处理后,样品径向增大,厚度减小;2 800℃处理后材料层间距接近单晶石墨的理论层间距,表现出了较高的石墨化程度,且具有高的取向性和传导性能,根据电阻率与热导率的相关公式推得其热导率为1 000 W/(m.K)～1600 W/(m.K).在整个热处理过程中,所生成的物质继承了原料分子的取向性。     

不同石墨化程度碳纤维表面电化学氧化特征研究

对不同石墨化程度的碳纤维进行表面电化学氧化处理,利用XPS、Raman和XRD研究了其表面氧化的特征和规律性以及碳纤维表面结构变化对碳纤维电化学氧化行为的影响,利用层间剪切测试（ILSS）分析了不同石墨化程度碳纤维复合材料的界面性能。结果表明：碳纤维经电化学氧化后,表面O、C原子个数比有增大的趋势,随碳纤维石墨化程度的提高,其增大的幅度越来越小;相同电流密度下,随石墨化程度的提高,碳纤维表面对电化学氧化的反应性减弱;不同石墨化程度的碳纤维经电化学氧化后,表面化学官能团以及ILSS的变化趋势均不同。不同石墨化程度碳纤维表面碳结构状态的不同是造成这些变化的根本原因。     

中温沥青炭的催化石墨化

将质量分数为0.05的H3BO3、BN、B4C粉末添加到中温沥青熔体中,经固化、炭化、2 300℃石墨化处理后,以XRD表征炭的结构,探讨了硼的不同化合物对沥青炭的催化石墨化效率,并分析其机理.结果表明,三种催化剂均能不同程度地提高沥青炭的石墨化度.其中,以B4C为最佳,能够得到100%的石墨结构;BN次之,提升石墨化幅度为28%;H3BO3最差,仅7.5%.硼的摩尔分数决定硼化合物催化作用的效率.     

各向同性煤沥青制备炭/石墨纤维的研究

以各向同性煤沥青为原料,采用熔融纺丝工艺制备了直径为55μm的沥青纤维,经预氧化、炭化和石墨化处理后得到炭纤维和石墨纤维,并采用偏光显微镜、XRD和SEM等对其形貌、结构和性能进行表征。结果表明,炭/石墨纤维具有与沥青原料相似的各向同性光学结构;随热处理温度升高,炭/石墨纤维截面逐渐变粗糙,且内部石墨微晶逐步发育并长大,3 000℃下石墨化纤维微晶增大较明显,其堆积高度和平面尺寸分别约为5nm和11nm;1 600℃炭化纤维的力学性能较好,其拉伸强度和杨氏模量分别达到0.57GPa和32.19GPa,进一步提高热处理温度,纤维拉伸强度逐步降低,但是其杨氏模量逐渐增加,3 000℃石墨化纤维的拉伸强度和杨氏模量分别为0.26GPa和40.57GPa;炭/石墨纤维室温轴向电阻率随热处理温度的升高而降低,1 000℃炭化纤维室温轴向电阻率为47.78μΩ.m,3 000℃石墨化纤维室温轴向电阻率降至21.98μΩ.m。     

纳米TiO2粉末的溶胶-凝胶法制备及结构分析

采用溶肢-凝肢法制备了纳米晶TiO2粉末.TiO2粉末的X射线衍射结果表明,所制样品的平均晶粒粒径随焙烧温度的升高而增大,在400℃以下焙烧的样品晶粒大小为4.7-1 0.6nm,500℃以上晶粒很快长大,600℃基本完成了从锐钛矿型向金红石型的转变.透射电镜结果显示400℃处理后晶粒尺寸为7-8nm;700℃处理后的晶粒尺寸达150nm.运用相变理论计算了晶粒长大激活能,结合晶界结构弛豫解释了粒径随热处理温度变化关系.     

C/C复合材料的体积密度和石墨化度对硬度的影响

测试了几组典型的不同体积密度和石墨化度的C/C复合材料洛氏硬度值,研究了C/C复合材料的体积密度和石墨化度与其硬度特性的关系.结果表明:相同石墨化度的C/C复合材料洛氏硬度随其体积密度的增加而增加,相同体积密度的C/C复合材料洛氏硬度随其石墨化度的增加而降低;C/C复合材料体积密度对硬度的影响随其石墨化度的增加而减小;对体积密度为1.75～1.85g/cm3的C/C复合材料,可据其洛氏硬度的范围大致判断其石墨化度的范围;对一定体积密度和热处理温度的C/C复合材料,可通过洛氏硬度判断基体炭的微观结构特点.     

玻璃纤维和石墨增强PTFE复合材料的力学性能

通过机械混合、冷压和烧结成型制备了不同质量分数(5%～30%)的玻纤和石墨填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料.测试了不同样品的拉伸、冲击和硬度等力学性能,利用扫描电镜对冲击断面形貌进行观察.结果表明:加入玻纤后,拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度迅速下降,弹性模量增加,材料呈脆性;材料硬度随玻纤加入量增加而增加,随软质石墨的加入量增加而减小;玻纤改性处理,会提高复合材料硬度;石墨对材料冲击韧性影响较小,少量加入时对拉伸强度影响也较小;质量分数10%的石墨和20%的玻纤填充增强PTFE复合材料的综合力学性能较好.     

PAN基炭纤维高效催化石墨化研究

通过在磷酸和钼酸钠水溶液中交替直流电解,实现磷-钼元素催化剂在PAN基炭纤维上的沉积和分散,以促进其石墨化,考察了热处理温度和电解液中钼酸钠浓度对PAN基炭纤维催化石墨化的影响.催化剂的担载状况、纤维的形貌和结构变化等分别通过能量散射谱(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)进行分析和表征.结果表明:通过交替直流电解处理,可以有效地破坏炭纤维的组织结构,并同步实现催化剂在炭纤维上的分散和沉积,促进了PAN基炭纤维的催化石墨化.交替直流电解处理过的炭纤维经2 400 ℃热处理后,其石墨化度高达99%,微晶尺寸(L_c)为38 nm.     

铝用石墨质阴极不同焙烧温度下孔隙结构演化

采用图像分析方法研究铝用石墨质阴极在不同焙烧温度下孔隙结构特征及其演变,考察孔隙率、孔径分布、形状因子、视孔隙比表面积、连通性等参数的变化规律和孔隙复杂度的分形特征.结果表明:随着焙烧温度增加,孔隙率逐渐增大,而视孔隙比表面积、形状因子和连通性呈先减小后增大趋势;石墨质阴极试样不同温度下焙烧生成孔隙均符合分形规律,借助图像分析孔隙结构参数和分形维数可界定不同典型焙烧温度下阴极孔隙结构的演变特征,并据此提出相应的孔隙特征演化模式.     

特种石墨尾料用作锂离子电池负极的研究

特种石墨尾料具有低灰分、较高的石墨化度和较大的碳微晶尺寸等特点,有望用于锂离子电池的负极材料。通过XRD、SEM和比表面分析仪对特种石墨尾料石墨化处理前后样品的微观结构进行了分析对比,评价了其电化学性能,探讨了特种石墨尾料用于锂离子电池负极材料的可行性及对其进行石墨化处理的必要性。结果表明,特种石墨尾料可以直接用作低端负极材料的生产原料;经过高温石墨化处理后,负极材料的循环性能、首次库仑效率和可逆容量均得到不同程度提升,应用范围进一步扩大。     

纳米TiO_2粉末的溶胶-凝胶法制备及结构分析

采用溶胶-凝胶法制备了纳米晶TiO2粉末。TiO2粉末的X射线衍射结果表明,所制样品的平均晶粒粒径随焙烧温度的升高而增大,在400℃以下焙烧的样品晶粒大小为4.7～10.6nm,500℃以上晶粒很快长大,600℃基本完成了从锐钛矿型向金红石型的转变。透射电镜结果显示400℃处理后晶粒尺寸为7～8nm;700℃处理后的晶粒尺寸达150nm。运用相变理论计算了晶粒长大激活能,结合晶界结构弛豫解释了粒径随热处理温度变化关系。     

退火对表面纳米化纯钛热稳定性的影响

采用表面机械研磨技术实现纯钛材料表面纳米化,并研究了纳米化处理后的材料表层组织结构,详细分析了样品表层纳米晶组织在不同温度、不同时间退火后的热稳定性.结果表明:纯钛TA2经过表面机械研磨处理后可以在表面形成等轴且取向随机的纳米晶层,晶粒尺寸约为12nm.对表面纳米化样品退火后发现,表层纳米晶组织在773 K以下温度退火后具有良好的热稳定性,晶粒尺寸没有明显增大;在773 K温度退火150min后晶粒尺寸稍有增大,而在773 K温度退火240min后晶粒尺寸明显增大,且横截面显微硬度也比表面纳米化后未退火样品显著下降,良好的热稳定性消失.     

镧对呋喃树脂炭的催化石墨化

报道了镧对呋喃树脂炭的催化石墨化.把氯化镧均匀分散在呋喃树脂中,然后在180℃左右固化,600℃炭化;最后将含有镧的呋喃树脂炭于不同温度下进行热处理.采用X射线衍射分析仪考察镧对呋喃树脂炭的催化石墨化效果,通过Scherrer和Bragg方程分别计算石墨表观微晶尺寸(Lc)和(002)面的层间距(d002);采用扫描电子显微镜观察炭材料的形貌变化.结果表明镧对呋喃树脂炭具有明显的催化石墨化作用;呋喃树脂炭的石墨化度随镧含量的增加而增加,并随热处理温度的升高有明显变化.在2 400℃时,石墨化效果最好,最小d002值为0.336 0nm,相应的石墨化度为93%.炭的催化石墨化机理遵循碳化物分解和碳的熔解析出机理.     

遮阴对太子参叶片叶绿素含量和净光合速率影响

为评价遮阴对太子参叶片光合作用的影响,本实验对太子参进行了遮阴度为15%、30%和50%以及对照处理遮阴度为0%等4个处理,测定不同遮阴条件下太子参叶片叶绿素含量和净光合速率。结果表明,叶绿素a和叶绿素b含量随遮阴度增大而显著上升,类胡萝卜素含量随遮阴度增大也呈上升趋势但变化不显著;太子参叶片净光合速率随遮阴度增大先上升后下降,在遮阴度30%时达到最大值且显著高于不遮阴处理,各处理间净光合速率大小为遮阴度30%50%15%0%。过高的光强会抑制太子参叶片的光合作用,遮阴降低了到达太子参叶片的光照强度,在遮阴条件下太子参为了适应弱光条件捕获更多光能合成大量叶绿素,提高太子参光合速率,而过度的遮阴度则会使光能供应不足,抑制叶片的光合活性,降低净光合速率,因此适度遮阴对太子参光合作用有促进作用。     

合成条件对硅基介孔分子筛结构的影响

采用水热法制备硅基介孔分子筛材料,较系统地考察了合成条件对其结构的影响,并利用N2吸附、透射电镜(TEM)等手段进行了表征.研究发现,随着晶化温度的升高,硅基介孔分子筛材料的平均孔径在逐渐增大,而比表面先增大后减小,100℃晶化时比表面最大(905.60 m2/g);随着晶化时间的延长,样品的平均孔径先增大后减小,比表面却正好相反,晶化1 d时比表面是905.60 m2/g,晶化3 d时比表面降为788.91m2/g;随着焙烧温度的升高比表面和孔径均减小,表明高温下焙烧易导致介孔结构的塌陷.