新型ACNT/C纳米复合材料氧化性能的初步研究

以定向碳纳米管阵列为骨架, 利用化学气相渗(CVI)工艺制备了新型的定向碳纳米管/炭(ACNT/C)纳米复合材料, 并对其氧化性能进行了初步的研究. SEM形貌观察表明, 氧化后的ACNT/C纳米复合材料仍然保持着其基本的管状结构特点, 氧化由外层热解炭向内逐渐进行. 热失重分析 (TGA)检测结果表明, 密度为0.80 g•cm-3的ACNT/C纳米复合材料在空气中的热失重转变温度约为720 ℃, 比相同工艺条件下制备的密度为1.5 g•cm-3的C/C复合材料提高了50 ℃左右. 静态空气等温氧化实验表明, ACNT/C纳米复合材料在550 ℃氧化过程中的化学反应速率明显低于C/C复合材料. 这主要是由于ACNT/C纳米复合材料具有稳定的界面和较高的晶化程度.     

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%.     

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。     

纳米ZrB_2复相陶瓷粉体表面有机功能改性及其对复合材料热性能的影响

为了提高环氧树脂的热性能,将熔点高、导热耐热性好的Zr B2粉体作为增强体加入环氧树脂基体中,通过原位聚合制备了复合材料.为了改善Zr B2粉体在环氧树脂中的分散性,通过高能球磨法将纳米Al2O3引入Zr B2中,形成Zr B2-Al2O3复相陶瓷粉体,再用3-三乙氧基甲硅烷基-1-丙胺、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯分别对Zr B2-Al2O3复相陶瓷粉体表面进行有机功能改性.通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对表面改性Zr B2-Al2O3复相陶瓷粉体进行表征;利用透射电子显微镜(TEM)、动态热机械分析(DMA)和热重分析(TGA)对复合材料的组织和热性能进行分析.结果表明,改性后Zr B2-Al2O3复相陶瓷粉体品质优良,3种有机偶联剂均在Zr B2-Al2O3复相陶瓷粉体表面形成化学键合;表面经有机偶联剂改性的Zr B2-Al2O3复相陶瓷粉体在基体环氧树脂中具有较好的分散性,且3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的改性效果最佳.表面改性后Zr B2-Al2O3复相陶瓷粉体较改性前复合材料呈现出更高的耐热性能.     

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.     

钒改性锂离子电池正极材料LiFe0.5Mn0.5PO4/C电化学性能

采用高温固相反应,以NH4VO3为钒源合成了化学计量式为(1-x)LiFe0.5Mn0.5PO4-xLi3V2(PO4)3/C (x=0,0.1,0.2,0.25,1)的钒改性磷酸锰铁锂正极材料.电化学测试表明钒改性能明显提高磷酸锰铁锂材料的充放电性能,其中x=0.2时得到的0.8LiFe0.5Mn0.5PO4-0.2Li3V2(PO4)3/C(标记为LFMP-LVP/C)材料电化学性能最好,其0.1C倍率时的放电比容量为141 mAh·g-1.X射线衍射(XRD)分析指出LFMP-LVP/C材料的微观结构为橄榄石型LiFe0.5Mn0.5PO4/C和NASICON型Li3V2(PO4)3组成的双相结构.能量色射X射线谱(EDS)分析结果指出,Fe、Mn、V、P元素在所合成材料中的分布非常均匀,表明所制备材料成分的均一性.Li3V2(PO4)3改性使材料的电导率明显提高.LiFe0.5Mn0.5PO4的电导率为1.9×10-8 S· cm-1,而LFMP-LVP材料电导率提高到2.7×10-7 S·cm-1.与纯Li3V2(PO4)3的电导率(2.3×10-7 S·cm-1)相近.电化学测试表明钒改性使LFMP-LVP/C材料充放电过程电极极化明显减小,从而电化学性能得到显著提高.本文工作表明Li3V2(PO4)3改性可成为提高橄榄石型磷酸盐锂离子电池正极材料电化学性能的一种有效方法.     

莫来石抗氧化外涂层的制备及抗氧化性能

以莫来石粉体(3Al2O3·2SiO2)为原料,采用水热电泳沉积法在C/C-SiC复合材料表面制备了莫来石外涂层。借助XRD和SEM等对涂层的晶相组成和显微结构进行了表征。研究了水热沉积电压对莫来石外涂层相组成、形貌及高温抗氧化性能的影响。结果表明:外涂层主要由莫来石晶相组成。当沉积电压控制在120~180 V范围内时,莫来石外涂层的致密程度、厚度及抗氧化性能随着沉积电压的升高而提高。当沉积电压达到210 V时,制备的外涂层出现疏松、裂纹等缺陷,抗氧化性能减弱。抗氧化测试表明与包埋法制备的SiC-C/C涂层试样相比,莫来石-SiC-C/C涂层试样的抗氧化性能明显提高。当沉积电压为180 V时,制备的复合涂层试样可在1500℃的空气气氛下有效保护C/C复合材料164 h,其失重仅为1.75%。     

钒改性锂离子电池正极材料LiFe0.5Mn0.5PO4/C 电化学性能

采用高温固相反应,以NH4VO3为钒源合成了化学计量式为(1-x)LiFe0.5Mn0.5PO4-xLi3V2(PO4)3/C(x=0,0.1,0.2,0.25,1)的钒改性磷酸锰铁锂正极材料.电化学测试表明钒改性能明显提高磷酸锰铁锂材料的充放电性能,其中x=0.2时得到的0.8LiFe0.5Mn0.5PO4-0.2Li3V2(PO4)3/C(标记为LFMP-LVP/C)材料电化学性能最好,其0.1C倍率时的放电比容量为141mAh·g-1.X射线衍射(XRD)分析指出LFMP-LVP/C材料的微观结构为橄榄石型LiFe0.5Mn0.5PO4/C和NASICON型Li3V2(PO4)3组成的双相结构.能量色射X射线谱(EDS)分析结果指出,Fe、Mn、V、P元素在所合成材料中的分布非常均匀,表明所制备材料成分的均一性.Li3V2(PO4)3改性使材料的电导率明显提高.LiFe0.5Mn0.5PO4的电导率为1.9×10-8S·cm-1,而LFMP-LVP材料电导率提高到2.7×10-7S·cm-1.与纯Li3V2(PO4)3的电导率(2.3×10-7S·cm-1)相近.电化学测试表明钒改性使LFMP-LVP/C材料充放电过程电极极化明显减小,从而电化学性能得到显著提高.本文工作表明Li3V2(PO4)3改性可成为提高橄榄石型磷酸盐锂离子电池正极材料电化学性能的一种有效方法.     

导电聚苯胺-四氧化三钴复合材料的合成及性能表征

采用原位聚合法制备导电聚苯胺-四氧化三钴（PANI-Co3O4）复合材料。研究了Co3O4含量对复合材料电导率的影响。通过傅里叶红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、热失重法（TGA）和微分热失重法（DTG）等测试手段对复合材料的结构和性能进行了表征,并考察了复合材料在硫酸铜电解液体系中的电化学性能。结果表明：...     

RGO/C_3N_4复合材料的制备及可见光催化性能

通过半封闭一步热裂解法和改进的Hummers法分别制备了类石墨氮化碳(C3N4)和氧化石墨烯(GO),再利用光还原方法制得还原氧化石墨烯/氮化碳(RGO/C3N4)复合材料。采用X射线衍射(XRD),场发射扫描电镜(FESEM),X射线光电子能谱(XPS),紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS),光致荧光(PL)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等测试技术对复合材料进行表征。以罗丹明B(RhB)为探针分子在可见光下考察RGO/C3N4复合材料的光催化活性,结果表明:RGO的引入显著提高了C3N4的光催化活性,且6.0%RGO/C3N4复合物的光催化活性最高,可能的原因是RGO具有优良的接受和传导电子性能,抑制了C3N4光生电子-空穴的复合机率,进而提高了光催化活性。     

水溶性壳聚糖制备多孔碳/氧化镍复合材料及其电化学电容行为

将水溶性壳聚糖碳化得到多孔碳材料, 然后制备了多孔碳/NiO复合材料. 透射电子显微镜(TEM), X射线衍射(XRD)和N₂吸-脱附实验等结构表征显示, 材料具有富含介孔的孔道结构. 循环伏安(CV), 恒流充放电等电化学测试表明, 复合材料具有良好的电化学电容性能. 其中Ni/C质量比为2:20时, 复合材料在0.1 A·g^-1电流密度下比容量可达355 F·g^-1, 而且经过1500次循环比容量仍保持99%左右, 表现出良好的循环稳定性.     

Preparation of Lignin Carbon/Zinc Oxide Electrode Material and Its Application in Supercapacitors

In this paper, carbon/zinc oxide (LC/ZnO) composites were successfully synthesized and characterized by X-ray powder diffraction, field emission scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, Raman, thermogravimetry, and N₂ adsorption–desorption, and tested by electrochemical performance. Studies have shown that the morphology of LC/ZnO composites is that lignin pellets are embedded in ZnO microplates. The lignin carbon in the composites mainly exists in an amorphous structure, and the specific surface area and pore channels of metal oxides are increased by the presence of lignin carbon. The electrochemical performance test shows that the carbonization temperature of LC/ZnO with the highest specific capacitance is 550 °C, and the capacitance retention rate reaches 96.74% after 1000 cycles of testing, indicating that the composite material has good cycle stability. Compared with the control group, it is found that the specific capacitance of LC/ZnO-550 °C is 2.3 times and 1.8 times that of ZnO-550 °C and LC-550 °C, respectively. This shows that during the electrochemical test, the lignin carbon and the metal oxide promote each other and act synergistically. In addition, the composite material exhibits the characteristics of a pseudo-capacitance capacitor, indicating that the redox reaction occurred in the electrochemical performance test.     

聚噻吩/多壁碳纳米管复合材料的导电性能

通过共混多壁碳纳米管(MWNTs)和聚噻吩(PTh), 制备了PTh/MWNTs复合材料, 复合材料表现出良好的导电性能(电导率达16.1 S/m). 通过Raman, TG, XPS, UV-Vis等对复合材料进行了分析, 结果表明, MWNTs和 PTh之间存在强的相互作用, MWNTs上的离域电子与噻吩共轭主链上的π电子之间形成π-π共轭, 电子从MWNTs转移到聚噻吩, 增加了噻吩主链的有效共轭长度, 提高了复合材料的导电性能. FESEM分析表明, MWNTs和它周围被掺杂的聚噻吩通过π-π共轭作用结合在一起, 形成相对独立的导电单元, 在复合材料的导电体系中起到主要作用.     

以橘子皮为碳源合成的CeO2@C及其对酸性染料去除性能

以Ce(NO₃)₃·6H₂O、橘子皮为原料,利用共沉积法制备氧化铈水合物与橘子皮混合物(CeO₂·x H₂O@OPP),通过在N₂中煅烧CeO₂·x H₂O@OPP获得CeO₂@C复合材料。利用FT-IR、X射线衍射、扫描电镜、拉曼光谱、UV-Vis、X射线光电子能谱、光电流测试方法对合成材料进行了表征。结果表明,CeO₂@C保留了较多的有机官能团,材料内具有较丰富的氧空穴及碳键,Ce、C、O元素均匀分布于材料内。光催化实验结果表明,在CeO₂中引入碳有利于光生电子与空穴分离,提高光电流强度及光催化效率,且CeO₂@C中碳含量对有机染料吸附及光催化效率影响较大。     

碳纳米管含量对炭炭复合材料组织及力学性能的影响

炭纤维上原位合成了均匀生长且具有伸张形貌的碳纳米管,借助化学气相渗透制备了碳纳米管增强的炭炭复合材料,研究了不同含量的碳纳米管对炭炭复合材料组织和力学性能的影响。结果表明：炭纤维上生长碳纳米管改变了热解炭的沉积行为,诱导了各向同性热解炭的生成,且随着碳纳米管含量的增加,各向同性热解炭的厚度增加,但是复合材料的d002值却明显降低。微量的碳纳米管即可显著提高复合材料的力学强度,随着其含量的增加,复合材料的力学强度和模量迅速提高,但材料的断裂行为却急剧恶化,断裂模式由最初的假塑性断裂转变为脆性断裂。     

酸功能化碳纳米管对多孔碳材料储能活性及稳定性的增强作用

采用球磨法将酸功能化碳纳米管（AMWCNTs）与环糊精均匀混合。 酸功能化有利于增强碳管和环糊精间的相互作用,从而使二者形成均匀、有效的复合。 在N2气保护下碳化并经后续的ZnCl2活化处理,最终获得酸功能化碳纳米管/多孔碳(PC)复合体材料。 采用透射电子显微镜、X射线衍射和拉曼光谱等方法对材料结构进行了表征。 结果表明,碳纳米管在多孔碳骨架内均匀分布,并且复合体同时具有较高的比表面积和良好的导电性。 循环伏安及恒流充放电等电化学测试表明,由于二者的协同作用及碳纳米管在多孔碳骨架内均匀、有效的复合,材料具有较好的电化学储能性能和良好的电化学稳定性。 电流密度为0.5 A/g时,AMWCNTs/PC12-4（其中12代表β-环糊精和AMWCNTs的质量比,4代表酸化碳纳米管/β-环糊精碳与氯化锌的质量比）复合材料的质量比电容为156 F/g,远远高于AMWCNTs（43 F/g）和PC-4（87 F/g）。 经5000次循环后,电极比电容无明显衰减,而且每次恒流充放电的库仑效率均大于99.9%,说明复合材料具有良好的稳定性,是非常有前景的超级电容器电极材料。     

碳化硅衍生碳/球形天然石墨复合材料的制备及其结构调控

为满足储能领域对于材料兼具高能量密度和高功率密度的需求, 本文旨在将具有特殊孔隙结构的碳化物衍生碳与具有高导电性和高能量存储密度的石墨化碳(球形天然石墨)相复合, 制备得到一种多孔碳化硅衍生碳/球形天然石墨(SiC-CDCs@NG)复合材料. 采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、N₂吸/脱附等方法对材料的组成、结构、形貌、孔结构和比表面积等进行了表征. 结果表明,SiC-CDCs@NG材料具有较大的且可调节的比表面积和微孔体积, 微孔孔径集中在0.5-0.7 nm范围内; 通过改变NG/Si 摩尔比, 可以有效调控CDCs壳和NG核在复合材料中的组成分布、CDCs微孔的体积、孔径分布和比表面积.     

磺化聚苯乙炔/多壁碳纳米管复合材料导电特性和机理的研究

将磺化聚苯乙炔(SPPA)与多壁碳纳米管(MWCNTs)超声共混制备得到SPPA/MWCNTs复合材料. 用X光电子能谱仪、固体紫外-可见分光光度计、X射线衍射仪、四探针、场发射扫描电镜等对复合材料导电特性及机理进行研究. 结果表明: SPPA/MWCNTs 复合材料中SPPA与MWCNTs发生电荷转移而被掺杂, 并且由于SPPA与MWCNTs间的电荷转移, 彼此间存在一定的相互作用力; 复合材料电阻呈负温度系数效应; SPPA/MWCNTs复合材料电导率发生两次突跃. 可能的导电机理为, 复合材料中SPPA不仅被MWCNTs物理填充, 同时还被MWCNTs掺杂, 复合材料中存在两种导电通路, 一是SPPA与MWCNTs的碳原子发生电荷转移而被掺杂, 彼此之间存在一定的相互作用力, 导致SPPA包裹MWCNTs形成独立导体单元, 这种独立单元相互接触形成导电通路; 二是MWCNTs彼此之间相互接触形成导电通路, 并建立了该导电机理的理论模型.     

活性炭表面担载氧化锰复合电极的电化学电容性能

通过在两种商品活性炭XC-72(比表面250m2·g-1)和YEC-8(比表面1726m·2g-1)电极表面涂刷Mn(NO3)2,并在200℃进行热分解得到表面担载氧化锰的复合材料电极.采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征电极的形貌和氧化锰的晶体结构,采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗考察了不同电极的电化学电容性能.结果表明,Mn(NO3)2在200℃的热解产物是α-Mn2O3和α-Mn3O4的混合物.当C和MnOx的质量比为2∶1和9∶1时,XC-72/MnOx中氧化锰的比电容分别达到499和435F·g-1,YEC-8/MnOx中氧化锰的比电容分别达到554和606F·g-1,表明氧化锰的赝电容对电极比电容的贡献十分显著.     

Preparation and Characterization of Polysulfone/Nanosilver-Doped Activated Carbon Nanocomposite

In this study, nano silver-doped activated carbon (Ag/C) acted as an inorganic additive and was blended with a polysulfone (PSF) matrix in a tetrahydrofuran (THF) solution, thereby forming nano silver- doped activated carbon/polysulfone (Ag/C/PSF) composites. Subsequently, the silver content and characterization of the Ag/C were identified using energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), scanning electron microscopy (SEM), and X-ray diffraction (XRD). The FTIR, XRD, EDS and SEM were used to characterize the structure and morphology of the Ag/C/PSF composites. The FTIR spectra analysis revealed that adding a small volume of Ag/C in a PSF matrix did not substantially affect the functional groups of the matrix. The XRD results showed that the characteristic crystallization peaks of Ag/C/PSF (2θ = 26°) increased as the Ag/C content increased. The EDS results revealed that silver elements were inlaid into Ag/C/PSF composites, and the SEM results demonstrated strong interfacial interaction between the Ag/C particles and PSF matrix. The results of thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry appeared that adding Ag/C particles increased the thermal decomposition temperature and glass transition temperature of the Ag/C/PSF composites. From a stress–strain analysis, the added Ag/C particles enhanced the tensile strength of the PSF matrix. The results of contact-angle and atomic-force microscopy measuring showed that the hydrophobicity and surface roughness increased when Ag/C content increased. The antibacterial test results revealed that the Ag/C/PSF composites exhibited excellent antibacterial activity against both Staphylococcus aureus and Escherichia coli. In addition, the electrical conductivity measurements showed that volume resistivity of the Ag/C/PSF composites decreased with the amount of Ag/C increase.