新型沥青基ACNT/C纳米复合材料的制备与表征

以超长定向碳纳米管(ACNTs)阵列为骨架，中温煤焦油沥青为浸渍剂，采用浸渍-炭化工艺经过一个循环制备了密度约为1.25 g·cm^-3的沥青基定向碳纳米管/炭(ACNT/C)纳米复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、偏光金相显微镜(PLM)、X射线衍射(XRD)和Raman光谱分析对这种新型纳米炭材料进行了表征。结果表明ACNT/C中沥青炭为明显的各向异性组织，以碳纳米管为核心形成了非常细密的流线型层片结构，具有较高的晶化程度。采用热失重分析(TGA)方法考察了材料在空气中的热稳定性能，发现ACNT/C纳米复合材料在空气中的热失重初始温度比相同工艺条件下，以炭纤维为骨架制备的密度相近的炭/炭(C/C)复合材料提高了50 ℃左右。     

ACNT/C纳米复合材料导热性能及其机理的初步研究

以定向碳纳米管(ACNT)阵列为骨架, 利用化学气相渗(CVI)工艺制备了新型的定向碳纳米管/碳(ACNT/C)纳米复合材料. 导热性能测试结果表明, 密度为1.47 g/cm3的ACNT/C纳米复合材料的热扩散系数和热导率均比相同工艺条件下密度为1.50 g/cm3的传统C/C复合材料高4～6倍; 经过2 500 ℃热处理, ACNT/C的热导率接近140 W/(m·K), 而C/C仅为40 W/(m·K)左右. 这主要是由于CNT对热解炭结晶存在诱导作用, 同时特殊的准一维结构也减少了热扩散时“声子”的散射.     

微波水热时间对C/C复合材料结构和抗氧化性能的影响

以磷酸、B4C和Al2O3为原料,采用一种新的微波水热法对C/C复合材料基体进行了抗氧化改性,重点研究了微波水热时间对改性试样物相组成、微观结构和抗氧化性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)及X射线光电子能谱(XPS)对改性后试样进行了表征。结果表明:改性后复合材料表面覆盖了一层由熔融态的HPO3、B2O3和结晶的Al(PO3)3、微量B4C粒子组成的涂层。经60~120 min的微波水热改性,复合材料的抗氧化性能随着微波水热处理时间的延长而改善,达到一定程度后,其变化不再明显。微波水热处理100 min后的试样抗氧化性能最佳,在600℃静态空气气氛下氧化16 h后,氧化失重仅为9.5×10-4 g.cm-2,氧化失重速率维持在4.46×10-5 g.cm-2.h-1的极低水平。     

化学气相反应法制备不同碳基体表面SiC涂层组织结构分析

采用化学气相反应法, 以同种工艺分别在石墨和C/C复合材料表面制备了SiC涂层, 借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱分析等手段分析了涂层的微观结构, 研究了不同碳基体对SiC涂层结构和表面形貌的影响, 并初步对比考察了涂层的高温抗氧化性能. 结果表明: 制备的SiC涂层整体致密, 与基体结合良好, 但存在明显的结构差异. 石墨表面制得的SiC涂层呈梯度分布, 涂层主要由致密外层及过渡内层组成, 而C/C复合材料表面制得的SiC涂层仅由致密外层组成; 在1823 K的空气氧化氛围中, 与C/C复合材料SiC涂层试样相比, 石墨SiC涂层试样表现出更好的高温抗氧化性能, 经30 h氧化及7次循环热震实验后, 涂层试样的氧化失重率仅为0.182%.     

原位缩聚法制备碳纳米管/尼龙11复合材料

用原位缩聚法制备了碳纳米管增强的尼龙11复合材料,用X射线衍射仪、红外(FTIR)、扫描电镜(SEM)、热重(TGA)、机械拉伸测试仪等对其结构、形貌、热性能及机械性能进行了表征测试.扫描电镜结果显示碳纳米管均一地分散在尼龙11/碳纳米管复合材料中.复合材料的拉伸模量比纯尼龙11有较大的提高.当复合材料中碳纳米管含量分别为1%,5%,10%时,材料的拉伸模量分别提高了34.5%,92.9%和113,7%.同时,复合材料的储能模量也有提高.热分析结果显示当复合材料中碳纳米管含量为1%时,其失重5%和10%的温度分别由纯尼龙11的404℃、424℃提高到414℃和437℃.示差扫描量热分析(DSC)显示复合材料的结晶温度随碳纳米管的加入而升高,而结晶度则降低.     

层离型PMMA/镁铁双氢氧化物纳米复合材料的热降解研究

通过原位聚合方法制备了以非水溶性聚合物(聚甲基丙烯酸甲酯,PMMA)为基体,与MgFe双氢氧化物(LDH)具有良好相容性的层离型纳米复合材料.采用小角、广角X射线衍射(XRD)及透射电镜(TEM)对纳米复合材料的微观结构进行了分析,通过热重分析(TG)和玻璃化转变研究了纳米复合材料在空气和氮气氛围下的热降解过程.实验结果表明,MgFe-LDH的引入显著提高了聚合物基体的热降解温度和玻璃化转变温度,纳米复合材料的热稳定性显著提高.其中含量1.6 wt%的层离型纳米复合材料在失重50%时的热降解温度比纯样提高约69℃.并且整个纳米复合体系的相容性良好,含量8.0 wt%的样品,其可见光透过率仍可达90%以上.     

乙醇在Pt/nanoTiO2-CNT复合催化剂上的电催化氧化

通过前驱体Ti(OEt)4直接水解和电化学扫描电沉积法制备在Ti基体上的纳米TiO2-碳纳米管复合膜载Pt(Pt/nanoTiO2-CNT)复合催化剂. 透射电镜 (TEM) 和X射线衍射 (XRD) 结果表明, 锐钛矿型纳米TiO2粒子和Pt纳米粒子(粒径均为5~10 nm)均匀地分散在碳纳米管表面. 通过循环伏安和计时电流法研究表明, Pt/nanoTiO2-CNT 复合催化剂(Pt载量为0.32 mg•cm−2) 具有高达51.8 m2•g−1的电化学活性比表面积, 常温常压下对乙醇的电化学氧化具有高催化活性和稳定性, 乙醇氧化峰电位分别为0.59、0.96和0.24 V, 氧化峰电流密度分别达到−115、−113和−75 mA•cm−2. 复合催化剂对乙醇电氧化的高催化活性可归因于nanoTiO2、CNT和Pt纳米粒子的协同催化作用.     

耐高温可溶性聚酰亚胺树脂及其复合材料

制备了2种耐高温可溶型聚酰亚胺树脂(PI-1, PI-2)及其复合材料, 系统研究了树脂的工艺性, 纯树脂固化物的热性能及其复合材料的界面形貌、 介电性能和力学性能. 研究结果表明, 树脂低聚物在极性非质子溶剂中具有良好的溶解性, 且熔体黏度较低, 表明其具有优异的加工性能. 两种树脂固化物在空气中的5%热失重温度均高于550 ℃, PI-1树脂的玻璃化转变温度(T_g)为430 ℃, PI-2树脂的T_g为380 ℃. 石英纤维/PI-1和石英纤维/PI-2复合材料具有较低的介电常数和介电损耗. 碳纤维/PI-1复合材料在420 ℃下的弯曲强度保持率可达62%, 层间剪切强度保持率可达48%, 具有较优异的高温力学性能. 采用普通模压工艺制备了厚度高达45 mm的复合材料制件, 进一步证明这2种树脂具有优异的工艺性.     

C/C,C/C-SiC梯度基、纳米基、双元基复合材料微观结构特征

采用C和SiC共沉积的CVI技术制备了C/C ,C/C SiC梯度基、纳米基和双元基复合材料 .用光学显微镜、电子探针微观分析、透射电子显微镜和扫描电子显微镜观察了各种材料微观结构 .结果表明 ,SiC加入到碳基体里改变了热解碳的微观结构并导致了C/C复合材料性能的改善 .每种材料都各具特点 .由于它们密度低、良好的力学性能和抗氧化性能使得这些材料成为很有希望的热结构复合材料     

两步法制备具有自愈合能力的纯SiC涂层

为了提高碳/碳(C/C)复合材料的抗氧化性能,通过两步法在基体表面制备了具有自愈合能力的纯SiC涂层.首先,通过高含氢硅油(H-PSO)的高温热解在基体表面引入SiC纳米线,然后通过高温渗Si,在碳材料表面生成厚度约为100-200μm的涂层.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征了所制备的涂层形貌及相组成,并对所制备的试样进行了氧化实验.实验结果表明:涂层是由纯SiC构成的,且具有一定的自愈合能力;所制备的试样在1400℃下氧化4h,失重仅为0.71%,抗氧化性能得到提高.     

水热温度对SiC-C/C复合材料表面水热电泳沉积MoSi2抗氧化涂层的影响

采用水热电泳沉积法和固相渗透法在C/C复合材料表面制备了MoSi2/SiC复合抗氧化涂层。分别采用X射线衍射、扫描电子显微镜和等温静态氧化实验对复合涂层的晶相组成、显微结构和抗氧化性能进行了表征。主要研究了水热电泳沉积温度对MoSi2外涂层显微结构及高温抗氧化性能的影响,重点分析了涂层试样在1500℃和1630℃下的静态氧化行为及失效机理。结果表明:外涂层主要由MoSi2和少量MoO3晶相组成。外涂层的致密程度、厚度及抗氧化性能随着水热温度的升高而提高。MoSi2/SiC复合涂层具有较好的抗氧化和抗热震能力,在1 500℃下有效保护基体320 h同时经历17次1 500℃与室温之间的热循环后,氧化失重率仅为1.07%;在1630℃下氧化88 h后失重率为2.17%。复合涂层在1 630℃下的氧化失效主要是由于经过长时间氧化后SiO2玻璃膜层不能及时有效填补涂层中的缺陷,涂层试样在热循环过程中产生了贯穿性的孔洞导致的。     

ZnO-CNTs纳米复合材料的制备及性能表征

以醋酸锌(Zn(CH3COO)2•2H2O)和经硝酸处理过的碳纳米管(CNTs)为原料, 一缩二乙二醇(DEG)为溶剂, 采用溶胶法制备得到ZnO-CNTs纳米复合材料, 并通过XRD、TEM、SEM、IR、PL等手段对样品进行了表征, TEM及SEM结果显示, 负载在碳纳米管上的氧化锌纳米颗粒的尺寸小于25 nm. 讨论了反应时间、反应温度等因素对产品形貌的影响, 并对复合材料的光致发光效应及其形成机理进行了初步的探讨. PL结果表明, 相对于纯ZnO, ZnO-CNTs纳米复合材料的近紫外发射峰峰位发生了明显的蓝移.     

Isothermal crystallization kinetics and thermal behavior of poly(?-caprolactone)/multi-walled carbon nanotube composites

This study describes the preparation of poly(?-caprolactone) (PCL)/multi-walled carbon nanotube (MWCNT) composites by ultrasonically mixing the PCL and as-fabricated MWCNT in a tetrahydrofuran solution. The TEM images show that the MWCNT is well separated and uniformly distributed in the PCL matrix. Differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analyzer (TGA), X-ray diffraction (XRD) and polarized optical microscopy (POM) were used to investigate the isothermal crystallization kinetics, crystalline structure and thermal behavior of PCL and PCL/MWCNT nanocomposites. DSC isothermal results revealed that the activation energy of PCL extensively decreases with increasing MWCNT contents, suggesting that the loading of MWCNT into PCL matrix probably induced heterogeneous nucleation during crystallization processes. From TGA data, the addition of small amount of MWCNT into PCL matrix can improve the thermal stability of PCL matrix. TGA isothermal degradation data illustrate that the activation energy E_d of the composites is smaller than that of PCL. This phenomenon can be attributed to the incorporation of more MWCNT loading into PCL caused a decrease in the degradation rate and an increase in the residual weight for PCL/MWCNT nanocomposites.     

水性聚氨酯阻燃纳米复合材料的Click反应制备及性能

以4,4'-二羟甲基-1,4-庚二炔功能单体作为扩链剂制备了端炔基功能化聚氨酯, 与叠氮基改性纳米蒙脱土(MMT-N₃)、 纳米氢氧化铝(ATH-N₃)和纳米氢氧化镁(MH-N₃)通过Click反应制备了水性聚氨酯(WPU)阻燃纳米复合材料. 采用红外光谱(FTIR)、 核磁氢谱(¹H NMR)和扫描电子显微镜(SEM)对WPU阻燃纳米复合材料的结构进行了表征, 对比研究了纳米阻燃剂配比和制备方法对WPU阻燃纳米复合材料的氧指数、 动态燃烧行为和热稳定性的影响. 阻燃性能研究结果表明, 当MMT-N₃, MH-N₃和ATH-N₃的质量分数分别为7%, 2%和1%时, 采用Click反应制备的复合材料的氧指数比纯WPU高7%, 点燃时间从10 s延长到29 s, 峰值热释放速率和烟释放速率分别降低了41%和42%. 热失重分析结果表明, 当MMT-N₃质量分数为10%时, 与WPU相比, 采用Click反应制备的MMT/WPU复合材料在热失重50%时的温度提高了21 ℃. 复合材料断面和燃烧后残渣的SEM分析证明在聚合物基体中Click反应是分散纳米材料的一种有效方法.     

戊二醛交联前后明胶微球热转变研究

在空气和氮气气氛中,对未交联的明胶微球(GMs)和戊二醛交联明胶微球(CGMs)进行了受热转变研究,并利用250℃热处理的明胶球制备出具有多孔内核的明胶基结构.经过热重分析(TGA)、差示扫描量热法(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)和付里叶变换红外光谱(FTIR)等分析测试表明:戊二醛交联明胶微球300℃后热失重略大于未交联明胶微球,两者的熔化温度Tm都为228℃;在空气中250℃热处理7 h的未交联明胶微球经过稀硫酸处理后可以得到多孔内核结构,多孔内核含碳、氧元素,外壳以碳元素为主;105℃和190℃热处理的明胶球化学成分基本相同,250℃热处理使明胶分子中的酰胺键减少、并发生三级结构的转变.     

活性碳纳米管的制备及其在有机电解液中的电容性能研究

以KOH为活化剂对碳纳米管进行化学活化制备双电层电容器用高比表面积活性碳纳米管. 采用TEM和N₂吸附法表征活性碳纳米管的结构, 采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等评价其在1 mol•L^－1 Et₄NBF₄/PC中的电容性能. 随活化剂用量增大、活化温度升高和活化时间的延长, 活性碳纳米管的比表面积和比电容都呈增大的趋势. 活化剂用量为3∶1, 800 ℃活化4 h制备的活性碳纳米管的比表面积663 m²•g^－1, 比活化前提高了3倍, 其比电容达57.2 F• g^－1, 比活化前提高了2倍. 将活性碳纳米管的比电容与其比表面积相关联, 发现两者之间具有非常好的线性关系, 并分析了原因.     

聚苯乙烯/层状双金属氢氧化物纳米复合材料的制备与表征

由离子交换法制备4,4′-偶氮二(4-氰基戊酸)根(ACP)单独插层和ACP/对苯乙烯磺酸根(VBS)复合插层的层状双金属氢氧化物(LDH),再通过原位悬浮聚合制得聚苯乙烯(PS)/LDH纳米复合材料,对插层改性LDH和复合材料进行了结构和性能表征.X-射线衍射和元素分析表明ACP可以单独或与VBS一起插入到LDH层间.透射电镜和X-射线衍射分析表明采用ACP/VBS复合插层LDH与苯乙烯原位聚合得到的复合材料中LDH剥离程度高,熔融加工后LDH基本以纳米层板形式分散在PS基体中.LDH的引入可明显提高PS的热稳定性,而熔体流动性下降.