锂硫电池中CNTs-CNFs夹层对多硫化物的捕获和加速转化机理

为有效抑制多硫化锂(LiPSs)的穿梭效应,通过静电纺丝、电化学沉积和化学气相生长技术在碳纳米纤维(CNFs)上垂直生长碳纳米管(CNTs),开发了一种超薄、轻质的多功能三维多层交联碳纳米纤维-碳纳米管(CNTs-CNFs)夹层,并研究CNTs-CNFs对锂硫电池(LSBs)电化学性能的影响。研究结果表明:CNTs-CNFs薄膜优异的导电性和丰富的孔隙结构为LSBs提供了均匀的导电网络和LiPSs的吸附过滤屏障,与无夹层相比,含有CNTs-CNFs夹层的电池具有更优异的容量保持率和循环稳定性,在0.2 C电流密度下具有1296.7 mA·h/g的初始放电比容量,在100次循环后仍能提供了864.7 mA·h/g的放电比容量,容量保持率为66.68%。

CNTs对多道次低温轧制Mg-2Zn合金板材动态再结晶及力学性能的影响

采用多道次轧制技术制备了不同碳纳米管(CNTs)含量的Mg-2Zn基复合材料板材,利用EBSD、TEM等技术研究了板材的微观组织演变规律,结合拉伸实验分析了板材的强化机理。结果表明:在轧制过程中晶界处的CNTs能够阻碍位错运动,使位错在晶界处堆积,导致局部应力集中,促进变形孪晶的产生。变形孪晶诱发动态再结晶(DRX)发生,在孪晶内和孪晶界区域发剧烈的动态再结晶(DRX),导致终态高CNTs含量(CNTs含量为0.6%)的板材的基面织构强度趋弱。CNTs主要影响了板材的织构状态,随着CNTs含量的增加,板材的(0001)基面强度逐渐降低,从轧向(RD)向横向(TD)劈裂,降低了基面织构的强度。在CNTs、细晶和织构强化下,0.4%CNTs/Mg-2Zn复合材料的抗拉强度为283 MPa、屈服强度为260 MPa、伸长率为4%。

藤蔓结构NiCo-MOF@CNTs复合电极材料制备及性能

超级电容器是一种高性能电化学储能装置,具有功率密度高、循环稳定性强、充放电速率快等特点,在可再生能源存储中发挥重要作用。为提高超级电容器性能,满足日益增长的能源储存需求,利用水热法制备NiCo-MOF@CNTs复合电极材料,通过改变碳纳米管(CNTs)添加量,使复合材料储能特性达到最优。CNTs不仅增加了材料的比表面积和导电性,还与NiCo-MOF形成独特的藤蔓结构,其中NiCo-MOF构成藤蔓的叶片,为电荷存储提供活性位点,而CNTs构成与叶片相连接的茎蔓,将电子源源不断传递至活性中心,改善电化学性能。与未添加CNTs相比,效果最好的NiCo-MOF@CNTs5的比表面积由25.65 m^(2)/g增至44.27 m^(2)/g,平均孔径由37.86 nm降至18.99 nm,孔径分布更有利于电解质离子的扩散与传输;在1 A/g电流密度下,比电容高达1569 F/g,电流密度增至20 A/g时,倍率性能高达74%,高于未加入CNTs的NiCo-MOF电极材料(42.6%)。组装成非对称超级电容器后,在1 A/g电流密度下比电容为194 F/g,电流密度增至20 A/g时比电容仍有147 F/g;在5 A/g电流密度下经5000次充放电循环后,比电容保有率91.2%;在759 W/kg功率密度下的能量密度高达50.63 Wh/kg,功率密度提至17.3 kW/kg仍能实现41.94 Wh/kg高能量密度。

AuNPs/CNTs/PDMS复合薄膜的制备及其导电性能研究

通过物理混合和原位还原的方法制备了纳米金/碳纳米管/聚二甲基硅氧烷(AuNPs/CNTs/PDMS)复合薄膜。扫描电子显微镜分析表明碳纳米管(CNTs)在PDMS中均匀分布。当CNTs含量为4%(wt,质量分数,下同)时,其与纳米金(AuNPs)形成相互连接的网络,复合薄膜具有导电性;CNTs含量为3%,AuNPs还原时间为8h时,复合薄膜灵敏度最高,应变系数为5.71。AuNPs/CNTs/PDMS复合薄膜具有良好的柔韧性和导电性,可广泛应用于柔性可穿戴设备。

原位生长的CNTs@MoS_(2)杂化物增强水性膨胀型防火涂料的耐火和隔热性能

目的设计并研制一种耐火和隔热性能突出的水性膨胀型防火涂料。方法以碳纳米管(CNTs)、四水合钼酸铵、十六烷基溴化铵(CTAB)、硫脲为原料,通过简单的一步水热法原位生长出一种新型的CNTs@MoS_(2)杂化物,并采用FT-IR、XRD、拉曼光谱、SEM等手段对复合杂化物进行表征。再将CNTs@MoS_(2)杂化物作为增效剂分散在水性膨胀型防火涂料(CNTs@MoS_(2)/WES)中,通过大板实验和涂层、炭焦层表面分析评价了涂层的耐火和隔热性能。结果与WES(膨胀倍率为3.90)、CNTs/WES涂层(膨胀倍率为6.04)、MoS_(2)/WES涂层(膨胀倍率为4.59)相比,CNTs@MoS_(2)/WES涂层具有最高的膨胀倍率(8.88)。CNTs@MoS_(2)/WES涂层所涂覆的钢板在燃烧40min后背面温度最低(133.3℃),这充分表明该涂层具有优异的隔热性能。结论制备的CNTs@MoS_(2)杂化物表现出稳定的网络交织结构,有效提高了它在涂料中的分散性能。此外,CNTs@MoS_(2)/WES涂层优异的耐火和隔热性能主要归因于:1)CNTs@MoS_(2)/WES涂层及其炭焦层具有更致密和完整的表面,阻隔了热量的传递;2)CNTs的添加增强了炭焦层的致密性,抑制了膨胀过程中产生的气体泄漏,提升了涂层膨胀倍率;3)MoS_(2)提高了膨胀层强度且促进了炭焦层的形成,减少了裂纹和孔隙的产生。

球磨方式对CNTs/Al复合材料显微组织与力学性能的影响

采用湿法球磨和干法球磨两种方式制备碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)和铝的复合粉体,再使用放电等离子烧结结合热挤压的工艺制备碳纳米管增强铝基(CNTs/Al)复合材料,系统研究了制备工艺-组织结构-材料性能之间的关系。结果表明,相较于干法球磨,湿法球磨可以更好地分散碳纳米管,且显著减少对其结构的破坏;乙醇球磨介质具有冷却作用,在减少粉体冷焊的同时有助于细化Al基体晶粒,从而使复合材料获得出色的力学性能。乙醇湿法球磨6 h后烧结并热挤压的2%CNTs/Al复合材料抗拉强度达到207 MPa。

复合纳米材料MoS_(2)@CNTs光电催化降解盐酸四环素的研究

通过水热法成功合成了不同MoS_(2)与CNTs质量比的复合纳米光催化材料MoS_(2)@CNTs-x%,并通过滴涂法制备具有光电响应的M@C-x%/FTO光电极。利用SEM、XRD、UV-Vis DRS、I-t、EIS和M-S曲线等表征方法分析了复合纳米催化剂的微观形貌、晶体结构、光电化学性能。将M@C-x%/FTO光电极用于光电催化降解盐酸四环素,考察了四环素(TC)初始质量浓度、初始pH对光电催化降解盐酸四环素的影响。运用自由基捕获实验鉴定了光电催化降解过程中的主要反应活性物种;并结合光催化剂能带分析光电催化降解机理。结果表明,电极M@C-5%/FTO具有最佳的光电催化性能。

CNTs/Cu层状复合材料的制备及其组织和性能研究

采用扩散结合法将分散后的碳纳米管附着在铜箔表面,经裁剪、堆叠和预压后使用真空热压烧结炉进行烧结,制备出具有优良导电性的CNTs/Cu层状复合材料。使用SEM、EDS和XRD等对样品的微观形貌和成分进行表征,使用显微硬度计和导电率检测仪等对样品性能进行测试。结果表明:在热压烧结过程中,一定量铜扩散到CNTs层中,有效改善了碳纳米管层和铜层的结合能力。相比于纯铜,CNTs/Cu层状复合材料在硬度提高45%的同时,在平行于碳纳米管层方向导电率达到91%IACS,而垂直于碳纳米管层方向也仍具有80.6%IACS的导电率。

烧结温度对CNTs/Cu复合材料组织和力学性能的影响

采用电泳沉积法在铜箔上沉积碳纳米管,层层堆叠后在不同烧结温度(550,650,750,850,950℃)下热压烧结制备碳纳米管增强铜基(CNTs/Cu)复合材料,研究了烧结温度对复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着烧结温度升高,复合材料中孔隙的数量减少,尺寸减小,碳纳米管分布均匀性增大,铜晶粒尺寸增大,退火孪晶晶粒尺寸增大但数量减少;随着烧结温度升高,复合材料的抗拉强度和显微硬度均呈先减小后增大的趋势,断后伸长率变化呈非单调性变化;当烧结温度为650℃时,复合材料的抗拉强度和显微硬度适中,断后伸长率最大,综合力学性能最好。

原位生长CNTs对于铜基复合材料性能的影响

通过化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)法成功制备了CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料。采用内氧化法制备Cu-Al_(2)O_(3)粉末,利用CVD技术改善碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)在铜基体中的分散性和界面结合,提高复合材料的性能。在制备的铜基复合材料中,Al_(2)O_(3)和CNTs双增强相的加入能够提高复合材料的力学性能,且CNTs独特的纤维结构有助于阻止熔融铜脱离基体表面,保持液态熔池稳定,避免复合材料导电率降低。双增强相的添加提高了复合材料的耐磨性、抑制了腐蚀坑的形成。Al的质量分数为0.35%的CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料能够保证导电率较高的情况下得到较高的维氏硬度与致密度。为制备高性能铜基电接触材料提供了新思路。

CeO_(2)/BiOBr/CNTs催化剂的制备及其降解抗生素性能研究

采用水热法合成了CeO_(2)、CeO_(2)/BiOBr、CeO_(2)/CNTs和CeO_(2)/BiOBr/CNTs复合纳米材料催化剂,利用XRD、SEM、BET和UV-Vis等方法对材料的结构、形貌和织构特性进行表征。在长弧氙灯照射下模拟太阳可见光降解抗生素,研究复合纳米材料的光催化氧化性能。结果表明,CeO_(2)与BiOBr、CNTs间的协同作用导致其对土霉素降解效果优于CeO_(2);CeO_(2)/BiOBr/CNTs对抗生素和可见光具有更高的吸收性能,比CeO_(2)/BiOBr和CeO_(2)/CNTs有更高的降解效率。在弱碱性环境下生成活性基团·OH,复合材料催化效果较好。复合材料禁带宽度都在可见光范围内,CeO_(2)的复合提高了材料的光利用效率,增强了材料的吸附性和电子-空穴对的迁移效率,进而提高其光催化活性。回收脱附实验表明,CeO_(2)/BiOBr/CNTs复合材料具有较好的稳定性。

定位夹具对CNTs/6061Al复合材料超声波焊接接头质量影响研究

采用超声波焊接制备CNTs增强铝基复合材料,针对超声波焊接定位不准,接头搭接面不贴合等问题,基于定位夹具以保证焊接过程质量,在工艺参数组合焊接能量500J,焊接压力0.45MPa,焊接振幅35μm下进行焊接试验。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等对接头界面组织和成分进行了研究,并对焊接接头进行了剪切力和硬度测试。结果表明:在定位夹具下焊接的接头界面发生明显塑性且CNTs在铝基体扩散较好,接头强度显著提升,剪切力平均值达到786.55N、硬度为72HV,本研究对现有的有色金属超声波焊接制造工艺提出一种新的解决思路和方案,具有一定的工程应用价值和经济效益。

纳米NiO/CNTs和Co_3O_4/CNTs对AP及HTPB/AP推进剂热分解的影响

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用化学沉淀法制备了纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子,应用TEM、SEM、XRD、EDS、BET等方法对产物形貌、结构进行了表征,并用DSC研究了纳米N iO、Co3O4、CNTs等单一粒子及纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子对AP及HTPB/AP推进剂热分解的催化作用。结果表明,纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子结晶好、包覆均匀、比表面积大。纳米N iO、Co3O4、CNTs等单一粒子和纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子均能使AP及HTPB/AP推进剂热分解的高温分解峰温降低、表观分解热增加,表现出良好的催化性能。相比而言,纳米复合粒子的催化性能均优于其相应单一组分,表现出良好的正协同作用。复合粒子中以Co3O4/CNTs复合粒子的催化效果最为显著,使AP和HTPB推进剂的高温分解峰温降低了153.06℃和60.0℃,使总表观分解热分别增加了1 163 J/g和920 J/g。

Fe_2O_3/CNTs复合粒子的制备及其对AP热分解催化性能的影响

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用溶胶-凝胶法制备了Fe2O3/CNTs复合粒子,应用红外光谱仪(FT-IR)、X-ray衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、比表面积分析仪(BET)等手段对产物的结构、形貌、粒度和比表面积进行表征,并用差示扫描量热仪(DSC)研究了纯CNTs、CNTs和Fe2O3简单混合、Fe2O3/CNTs复合粒子及不同比例Fe2O3/CNTs复合粒子对AP热分解的催化作用。结果表明,Fe2O3/CNTs复合粒子结晶好、包覆均匀、比表面积大。Fe2O3/CNTs复合粒子可显著降低AP热分解峰温,使总表观分解热明显增加,高温分解的表观活化能降低,热分解反应速率常数增加,表现出显著的催化效果。

Ce-Cu-Co/CNTs催化剂催化合成气制低碳醇及乙醇的研究

采用共浸渍法制备了不同Ce含量的Ce-Cu-Co/CNTs催化剂,考察了其在合成气制低碳醇反应中的催化性能,借助X射线衍射(XRD)、程序升温还原(H2-TPR)、N2吸脱附实验(BET)、透射电镜(TEM)和CO程序升温脱附(CO-TPD)对这些催化剂进行了表征.结果表明,当Ce的质量分数为3%时,低碳醇的时空收率和选择性达到最高,分别为696.4 mg?g-1?h-1和59.7%,其中乙醇占总醇的46.8%,适量Ce的添加能提高Cu物种在催化剂上的分散度和催化剂的还原性能,能显著地增加催化剂吸附CO的能力,促进合成醇活性位的形成,进而明显提高催化剂的活性和总醇的选择性.研究表明,将具有高活性和高碳链增长能力的CuCo基催化剂与碳纳米管的限域效应结合,可实现缩窄产物分布、大幅度提高乙醇选择性的目的.

搅拌针形状对搅拌摩擦加工制备CNTs/铝基复合材料均匀性的影响

采用搅拌摩擦加工技术(FSP)制备碳纳米管增强铝基(CNTs/Al)复合材料,研究了搅拌针形状对复合材料均匀性的影响。结果表明:搅拌针形状影响到塑化材料的迁移路径和程度,导致复合材料宏观形貌和均匀性发生变化。相比柱形,锥形搅拌针周围金属温度高,挤压区易于扩张,抽吸-挤压效应较强,形成的中心区面积大且均匀性较好;双螺纹搅拌针由于在板材上下两端形成两个材料迁移通道,挤压区相互重叠,材料混合程度加强,中心区CNTs分布均匀性最好。

纳米Ni/CNTs、Cu/CNTs复合粒子的制备及其催化性能

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用化学沉积法制备了纳米Ni/CNTs、Cu/CNTs复合粒子,利用TEM、SEM、XRD、EDS、BET、XPS等方法对产物的形貌、结构、元素含量进行了表征,并应用DSC研究了纳米Ni、Cu、CNTs等单一纳米粒子及Ni/CNTs、Cu/CNTs复合粒子对AP热分解的催化作用。结果表明:Ni/CNTs、Cu/CNTs复合粒子结晶好、包复均匀、比表面积大。纳米Ni、Cu等单一纳米粒子和Ni/CNTs、Cu/CNTs复合粒子均能使AP热分解的高温分解峰峰温降低、表观分解热增加,具有良好的催化性能。相比较而言,纳米复合粒子的催化性能均优于其相应单一组分,表现出良好的正协同作用。复合粒子中以Cu/CNTs复合粒子的催化效果最为显著,使AP的高温分解峰峰温降低112.15℃,使总表观分解热增加839J/g。并初步探讨了催化机制。

V_2O_5/CNTs催化剂低温NH_3选择催化还原NO的研究

研究了碳纳米管担载的五氧化二钒(V2O5/CNTs)催化剂上NO低温选择催化还原反应(SCR)。与活性炭载体的催化剂作了对比,结果显示,在负载低含量V2O5时碳纳米管较活性炭显示了更好的催化能力,而且在SO2存在下,催化性能有更大幅度的提高。暂态反应实验显示,V2O5/CNTs催化剂上NO选择催化还原反应遵循Eley-Rideal机理,即反应发生于吸附态的NH3和气相或弱吸附的NO之间。

流化床CVD法原位合成CNTs-Ni-TiO_2及其光催化性能

采用柠檬酸修饰溶胶-凝胶法制备NiO-TiO2催化剂,然后于流化床反应器中直接在NiO-TiO2表面原位生长多壁碳纳米管,制备出CNTs-Ni-TiO2复合光催化剂。采用XRD、SEM、TG、BET、PL荧光光谱等方法对制备的样品进行了表征,以亚甲基蓝降解为模型反应,考察了复合催化剂在紫外线下的光催化性能。结果表明,在NiO含量为5%的NiO-TiO2催化剂上生长CNTs后得到的CNTs-Ni-TiO2复合材料具有较高的光催化活性。

纳米Co_3O_4/CNTs复合粒子的制备及其对AP和AP/HTPB推进剂热分解催化性能的研究

以碳纳米管为载体,采用化学沉淀法制备了Co_3O_4/CNTs复合粒子。使用透射电子显微镜(TEM)、X衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、比表面积分析仪(BET)等手段对产物的结构、形貌、粒度和比表面积进行表征,并用差示扫描量热仪(DSC)研究了纳米Co_3O_4、纯CNTs及Co_3O_4/CNTs复合粒子对高氯酸铵(AP)及AP/HTPB推进剂热分解的催化效果。结果表明:Co_3O_4/CNTs复合粒子结晶好、包复均匀、比表面积大;此复合粒子可使AP和AP/HTPB推进剂的高温分解峰分别降低153.06℃和60.0℃,使总表观分解热分别增加了1063 J/g和920 J/g,表现出显著的催化性能,其催化性能明显优于纯纳米Co_3O_4和纯CNTs。