碳纤维微观结构表征方法

碳纤维作为高性能纤维的一种,是先进复合材料最重要的增强材料,碳纤维的微观结构是决定其性能的主要因素。综述了碳纤维微观结构的表征方法,主要包括表面形貌、形态结构、化学结构、晶态结构和孔结构。碳纤维表面形貌表征主要通过扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM);形态结构主要采用透射电镜(TEM)来表征;化学结构表征主要依靠拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS);晶态结构和孔结构分别采用广角X射线衍射(WXRD)和小角X射线散射(SAXS)来分析,这为研究分析如何得到高性能碳纤维提供了参考。     

微乳液的微观结构

由于超低界面张力的发现，对传统的微乳液结构认识带平冲击，统计力学模型的建立不应局限于经典的物理图象，应更广泛地考虑界面上各种效应，一些原认为次要因素却成为重要因素，诸如；弯面压力，混合熵，范德华引力等。     

纳米碳纤维的微观结构及对丙烷氧化脱氢反应的催化性能

 采用化学气相沉积法制备了具有不同微观结构的纳米碳纤维,并用丙烷程序升温吸脱附和热重实验对纳米碳纤维进行了表征,考察了纳米碳纤维在丙烷氧化脱氢反应中的催化性能. 结果表明,纳米碳纤维表面的含氧基团可能是催化活性中心; 纳米碳纤维不仅具有较好的催化性能,而且在反应条件下具有较高的热稳定性. 在550 ℃下,鱼骨式纳米碳纤维上丙烷转化率为44.9%时,丙烯选择性为33.0%,其催化性能与V-Mg-O等金属氧化物催化剂相当. 不同微观结构纳米碳纤维的催化性能相差较大,这是由于其表面化学性质不同所致.     

含铌钕铁硼永磁体的纳米晶粒微观结构与矫顽力机制模型

运用1000 kV超高压电子量微镜和Mossbauer谱仪结合磁测量, 研究了含Nb钕铁硼永磁体的纳米微观结构与矫顽力机制模型.加入Nb, Ga等元素的NdFeB合金(3种化学元素以上组成Nd-Fe-B合金)的矫顽力变化机制用现有的成核硬化模型、界面局域钉扎、均匀钉札都不能解释, 必须有一种新的矫顽力机制模型, 这种新的模型提出的基础是畴壁受激活能作用而移动, 当激活能足够大时, 畴壁可克服阻力而脱出, 从研究热涨落场和矫顽力关系引出研究三元以上NdFeB合金的理论, 即"动态交叉, 组合补益", 要使这种动态交叉能补益必须去寻找Nb, Ga等元素加入量, 文内提出以2%为宜.作者提出"晶粒细化局域钉札"模型可解释三元以上NdFeB的矫顽力变化机制.文内观察到的加Nb后出的Fe2Nb相(a=0.382 nm, c=0.787 nm)存在于Nd2Fe14B主相内, 属Laves相.通过Mossbauer变研究得出 Nb进入e, c晶位, 减少面各向异性, 提高单轴各向异性, Nb主要在晶界, 这是提高矫顽力原因之一.Nb和Ga以适量的添加即复合添加, 可提高矫顽力, 从而改善合金的热稳定性.     

碳纤维微晶结构的形成与生长

碳纤维的微晶结构是影响其性能的决定性因素,本论文采用广角X-射线衍射法研究了聚丙烯腈预氧纤维在碳化阶段中微晶结构的形成、生长与转变过程。研究结果表明:在1000℃以下,经预氧化反应形成的不连续多环芳香平面结构沿平行于纤维轴的方向堆积并逐渐靠近,形成类似于晶核的微晶结构生长中心,表现为类石墨片层间距的减小而晶粒增长缓慢;当温度高于1000℃时,晶粒的生长速度明显加快,形成三维有序的微晶结构;在温度高于1500℃的石墨化阶段,类石墨微晶结构进行重排,晶粒尺寸迅速增加。根据这一规律,可以通过控制晶核生成和晶粒生长速度的匹配,进行碳纤维的结构设计和调控。     

高强高模单丝纤维模量测定的修正

当测定具有高强度和高模量单丝纤维的力学性能时，应力传感系统将受到很大的拉力，并产生相应的形变。微小的形变与被测高模量样品的形变相比，已达到不可忽略的程度。本文提出模量修正的原理和求算方法，在测定高强高模单丝纤维的模量时，可对仪器的应力传感系统给出相应的模量修正系数，从而得到真实的弹性模量值。本修正方法能作为单丝力学性能测试标准的补充。     

蔗渣木聚糖微观结构的分子动力学模拟

在对木聚糖来源及其结构进行分类比较的基础上,采用分子动力学模拟方法及Materials Studio 4.0软件对蔗渣木聚糖及木糖单元等进行微观模拟计算.通过原子净电荷、电子密度和Fukui函数分析等分析方法,对蔗渣木聚糖的木糖单元进行结构优化,得到了蔗渣木聚糖的木糖单元优化构型的键长、键角和电荷密度.木糖单元原子的Hirshfeld净电荷与Fukui函数分析数据表明,木糖单元的活性中心主要在C(3)上的羟基位置,且羟基氧原子易受亲电试剂的攻击,羟基氢原子易受亲核试剂的攻击.对蔗渣木聚糖单分子链及无定形结构进行模拟,得到了蔗渣木聚糖的微观结构模型,显示蔗渣木聚糖分子具有链状结构,大致呈螺旋状.获得了蔗渣木聚糖的最优化无定形结构,并通过计算得到了其最优化无定形结构的X射线衍射图谱.研究结果为系统探讨蔗渣木聚糖及其衍生物的结构与性能关系奠定了基础.     

碳纤维的高温氧化动力学模型

碳纤维的高温氧化动力学模型唐龙贵（浙江大学高分子科学与工程研究所,杭州,３１００２７）关键词碳纤维,氧化,动力学,模型碳纤维是一种具有高比强度、高比模量、耐磨、导电等优良性能的骨架材料,是制造高性能复合材料的基础。它在宇航、军事等高技术工业领域得到了...     

色彩与物质的微观结构

阐述色彩与物质微观结构的关系,分析各类物质颜色产生的机理,介绍色素在高科技领域中的应用。     

进口中间相沥青碳纤维超高温石墨化处理后的特性分析

对P25、P55及XN-90三种进口中间相沥青碳纤维3000℃石墨化处理前后的微观形貌、晶体尺寸、力学性能、导电导热性能及其抗氧化性能进行了表征.结果 表明,三种碳纤维微观结构差异较大,均呈现出较为明显的"指纹"特征.三种碳纤维中XN-90热处理温度最高,晶体尺寸最大,石墨化程度最高,抗氧化性能最好.经过3000℃石墨...     

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。     

破碎-絮凝法分离细长碳纳米管与碳纤维

根据碳纤维与细长碳纳米管耐磨性能与絮凝沉降性能的差异，提出了一种有效分离细长碳纳米管与碳纤维的物理方法——破碎-絮凝法.该方法包括研磨破碎、液相分散、絮凝沉降、过滤分离等步骤，可高效去除混杂于细长碳纳米管样品中的碳纤维，同时还可去除螺旋状碳纤维及细小碳颗粒等易悬浮杂质.纯化过程对细长碳纳米管无损伤.用电子显微镜和热重分析表征了纯化效果，并初步分析了纯化机理.     

Porous Structure of Activated Carbon Fibers

The dependence of the microporous structure of activated carbon fibers on the carbonization temperature of hydrate-cellulose fibers was studied by BET, TVFMP, and Horvath and Kawazoe techniques and methods of the nonlocal density functional theory. The surface energy distribution function was obtained, together with the micropore size distribution curves. It was shown that the effective micropore sizes calculated by the TVFMP method are close to the maximum of the distribution function found in terms of the theory of the density functional.     

Electrochemical Properties of Carbon Fibers from Felts

Electrochemical behaviors of individual carbon fibers coming from carbon felts were investigated using two different redox couples, 1,1′-dimethanolferrocene and potassium ferrocyanide. Electrochemical responses were examined after different oxidation treatments, then simulated and interpreted using the Kissa 1D software and existing models. Our experiments indicate that a crude carbon fiber behaves as an assembly of sites with different electrochemical reactivities. In such case, the Butler–Volmer law is not appropriate to describe the electron transfer kinetics because of the large created overpotential. Oxidation of the fiber erases the effect by increasing the kinetics of the electron transfer probably by a homogenization and increase of the reactivity on all the fiber. Additionally, analysis of the signal shows the large influence of the convection that affects the electrochemical response even at moderate scan rates (typically below 0.1–0.2 V s⁻¹).     

PAN基活性炭纤维的氮吸附

通过对不同活化方法制备相同原料聚丙烯腈基活性炭纤维进行氮吸附研究,结果表明由不同活化方法所制备的活性炭纤维的孔结构存在较大差异,并对随着活化程度的改变其孔结构的发展进行了研究.结果表明通过简单的改变活化方法即可以制得不同孔隙占主导地位的的炭质吸附剂,由此也预示着对于不同的活化方法其活化机理的差别.     

沥青基碳纤维表面复合处理的研究

研究了硝权氧化和硝酸－钛酸酯复合对沥青基碳纤维（Ｃ－１２）进行表面处理的影响。利用富里衰转换红外光谱扫描、接触角测定及Ｘ－射触角测定及Ｘ－射线衍射等手段,对表面处理各阶段碳纤维的性能与结构进行表征。复合处理与砂酸氧化的机理与效果不同,红外光谱中有新峰出现,纤维表面极性与浸润性发生了变化,认为复合处理方法将有利于拓宽碳纤维的应用范围。     

碳纳米管及碳纤维增强环氧树脂复合材料研究进展

碳纳米管与碳纤维具有优异的力学、电学等性能,广泛用做复合材料增强体,但目前碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料的研究具有一定的局限性,只考虑了两相材料间的作用,即仅对单一相进行处理而忽略了另一相的改性。本文从碳纳米管/碳纤维协同增强环氧树脂基体复合材料的思路入手,结合自己的研究成果,综述了国内外相关研究进展。从研究结果可以看出,将三相材料之间完全有效地联系起来,发挥三者间的协同效应,复合材料的性能可以发生质的飞跃。     

气相生长碳纤维的表面改性及表征

用浓硝酸(65%~68%)对气相生长碳纤维(VGCF)进行了不同时间的表面化学改性。X射线衍射(XRD)分析表明：改性使得VGCF的石墨晶型结构改变，其改变的程度随改性时间的延长而加深；BET比表面积(S_BET)测试表明：改性后的VGCF的S_BET有一定的变化，经120 min长时间的改性处理后，S_BET明显降低；傅立叶变换红外光谱(FTIR)测定得出：改性后VGCF表面上生长了不同类型的含氧基团，其总含量随改性时间的增大而增加；程序升温还原(TPR)得出：改性后VGCF表面上生成有2类以上的热稳定性不同的含氧基团，计算求得含氧基团的氧总含量为2 mmol·g^-1以上；NH₃吸附微量量热测定得出：表面酸性基团的强度和含量随改性时间增加而增大；透射电子显微镜(TEM)结果表明：改性没有明显破坏VGCF的外观结构；吸油值(AOV)实验给出：改性后VGCF的AOV显著降低而亲水性增强；双液法接触角测试给出：改性后VGCF的表面能(SE)明显增大；偶联剂与VGCF作用的FTIR研究表明：改性后VGCF表面含氧基团和偶联剂发生反应，增强了偶联剂在VGCF表面上的结合强度。     

Multicomponent Adsorption of Pesticides onto Activated Carbon Fibers

The adsorption equilibria of pesticides and metabolites (atrazine, deethylatrazine, deisopropylatrazine and simazine) are studied onto activated carbon fibers –ACF– with a broad pore size distribution (32% mesopore volume, 68% micropore volume). Mono-and multi-component isotherms have been determined for low concentrations, from 0.23×10⁻⁶ to 9.52×10⁻⁶ mol L⁻¹. Single solute isotherms, modeled by Freundlich and Langmuir models, tend to prove the influence of the adsorbate's solubility in the adsorption capacity of activated carbon fibers. Binary solute isotherms confirm the strong influence of pesticide solubility on the competitive adsorption mechanism: the competition is higher in the case of adsorbates of different solubilities (atrazine and DEA or DIA for example). Multicomponent experimental data were modeled by extended Langmuir-based equations and the Ideal Adsorbed Solution theory. Whereas the first ones failed to model accurately binary adsorption due to restrictive hypothesis, the IAS model showed a good agreement between experimental and predicted data. It emphasised also the difficulty in satisfying the hypothesis of the model in the case of highly adsorbed compounds. Finally, the simultaneous adsorption of atrazine and NOM (in a natural water, DOC = 18.2 mg L⁻¹) shows no adsorption competition effects between natural organic matter and atrazine. This is due to the presence of secondary micropores (0.8–2 nm) and mesopores in the ACF, which limit a pore blockage phenomenon by NOM.