碳化物衍生碳的制备及其应用研究进展

碳化物衍生碳(CDC)由碳化物作为一个特立独行的物体组成,它从间隔中提取金属元素,从而产生一种新的碳物质。综述了CDC的常见命名及结构、衍生碳的特点,介绍了CDC的制备方法,论述了其在摩擦涂层、气体吸附、催化剂载体和电极材料等领域具有的科学研究和应用潜力。最后总结了CDC的结构与组成在实际应用中的优势,展望了其在将来完成商业化的可能性。

碳化物衍生碳涂层/氮化硅摩擦副在水润滑下的摩擦学性能

基于SiC陶瓷在水润滑条件下可能出现因摩擦界面无水或过载引起的失效问题,考察了SiC陶瓷、碳化物衍生碳(CDC)涂层在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能.研究结果表明:CDC涂层在干摩擦和水润滑条件下均具有优异的摩擦学性能,可在摩擦界面无水或过载下正常工作;在水润滑条件下,CDC涂层在宽的载荷和滑动速度下具有优异的摩擦学性能.从微结构角度分析比较了CDC涂层与商品石墨的差异,并由此讨论了其摩擦学性能的差异.讨论了加工SiC陶瓷引起的表面织构对CDC涂层在水润滑条件下摩擦学性能的影响机制.

碳化物衍生碳的制备及其在气体存储与超级电容器领域的应用研究进展

介绍了二元碳化物与三元碳化物作为前体制备碳化物衍生碳,概述了碳化物衍生碳的几种常见命名,详细阐述了管式炉中氯气高温刻蚀碳化物、多孔化碳材料的制备工艺过程和原理,总结了碳化物衍生碳孔径结构及应用,并着重介绍了在储氢储甲烷和超级电容器电极材料两方面的应用研究。碳化物衍生碳材料的甲烷吸附存储量可以达到18.5%(质量分数),氢的吸附存储量达到6.2%(质量分数),作为超级电容器电极材料,它的质量比电容是120F/g,且具有非常高的体积比电容(90F/cm3),在MEMS等小型化微电子器件中有重要的应用。最后展望了这种新型碳材料通过调控微观结构与改善性能在更多领域的重要应用。

碳化物衍生碳与石墨的摩擦磨损性能比较

通过高温氯化处理工艺在SiC表面制备碳化物衍生碳涂层(CDC),考察并比较了SiC、石墨和CDC在空气中的摩擦磨损性能.结果表明:在本文试验条件下,CDC的摩擦磨损性能优于石墨,CDC的摩擦系数低于0.15;CDC在载荷5 N下的磨损率在10-15m3/N量级,当载荷等于或低于30 N时磨损率在10-14m3/N量级,远低于相同条件下石墨的磨损率,即使在40 N或50 N下其磨损率仅与20 N下SiC和石墨的磨损率相当.CDC的纳米结构及涂层与基体界面组成和性能的变化是影响其摩擦磨损性能的主要因素.

一种新型碳材料——碳化物衍生碳的研究进展

评述了碳化物衍生碳的国内外研究现状,主要介绍了碳化物衍生碳的制备方法、结构与组成、在摩擦学及能源领域的应用,预测了碳化物衍生碳在今后的发展趋势。

碳化物衍生碳涂层的表面划痕织构能降低摩擦(英文)

研究了碳化物衍生碳涂层表面的划痕对其摩擦学性能的影响。扫描电子显微镜形貌图证实碳化硅基底的划痕为V-型和U-型,氯化处理后得到的碳化物衍生碳涂层的表面划痕也有相似的形貌。在干摩擦和水润滑条件下,与研磨处理的碳化物衍生碳涂层相比,未研磨处理的碳化物衍生碳涂层与氮化硅陶瓷对摩时表现出更加优异的摩擦学性能。在水润滑条件下,未研磨处理的碳化物衍生碳涂层与氮化硅陶瓷对摩时的摩擦系数仅为0.05,且比经研磨处理的碳化物衍生碳涂层的摩擦系数低。主要归因于未研磨的碳化物衍生碳涂层表面的划痕产生的流体润滑作用,而经研磨处理后的碳化物衍生碳涂层上不存在这种机制。碳化物衍生碳涂层表面的划痕有利于降低碳化物衍生碳涂层在水中与氮化硅陶瓷对摩时的摩擦。

浸油碳化物衍生碳润滑涂层的承载机制研究

采用高温氯化处理工艺在碳化硅表面制备了具有多孔结构的碳化物衍生碳涂层（CDC）,考察了浸油（聚a烯烃,PAO）对CDC涂层承载性能的影响.结果表明：在低载（〈5 N）下,浸油前后涂层的摩擦磨损性能相当,随着载荷的增加,尤其是在中等载荷（~10 N）下,浸油涂层的摩擦性能变差,表现为较大的摩擦系数与磨损.分析认为CDC涂层的孔洞被PAO填充,其孔壁在摩擦过程中受到载荷应力与液压的双重作用而破碎,是导致浸油CDC涂层磨损加剧,承载能力大大降低的主要原因.

自制碳化物衍生碳制备装置在材料科学类专业综合实验中的应用

采用自制的碳化物衍生碳制备装置开设了材料类综合实验,让学生对新型碳材料的制备过程有一个较全面的了解。阐述了该装置的设计思路、操作原理、结构特点、可完成的相关实验和取得的成效。通过让学生接触所在专业的科学前沿,进一步培养学生的动手能力和创新能力。

反应温度对卤素刻蚀法制备碳化物衍生碳涂层的影响

近些年来,碳化物衍生碳以其独特的性能被广泛应用在气体存储、超级电容器、催化剂载体和摩擦涂层等方面.卤化法以成本低、制备工艺简单等特点成为制备衍生碳涂层的热点.本文以SiC陶瓷基体为前驱体,通过高温氯化处理工艺在SiC表面制备碳化物衍生碳涂层,并研究了反应温度与其摩擦学性能之间的关系.研究结果表明:在1 175℃下保温2 h所制备的SiC-CDC涂层表面光滑平整、硬度最高、且与基体的结合强度最好.此时SiC-CDC涂层的干摩擦系数最小,耐磨性最强,具有良好的摩擦学性能.氯气刻蚀反应制备SiC-CDC涂层可为工业上应用衍生碳涂层提供理论和技术支持.

碳化物析出型渗碳(CDC)最佳碳势的理论研究

利用双亚点阵模型求解了碳在Fe-C合金及Fe-M-C三元合金奥氏体中的活度,画出了碳在Fe-M-C三元合金奥氏体中的等活度线。将等活度线与Fe-V-C三元等温截面相图叠加,确定出落在γ+V_4C_3相区、活度最大的等活度线对应的碳势,即为Fe-V合金CDC处理时的理论最佳碳势(1.40%C)。实验结果与理论值刚好吻合。

碳化物衍生碳及其在吸附领域中的应用研究进展

碳化物衍生碳(CDC)是近年来开发的一种具有纳米结构的新型多孔碳材料。该材料是将碳化物前体通过物理(如热分解等)或化学(如卤化等)过程,由表及里逐层刻蚀掉非碳原子得到的,可以实现原子水平上的调控。本文介绍了CDC的制备工艺、性质(孔和形貌)及其在吸附领域中的应用。结果表明,可以通过控制刻蚀温度、碳化物前体、后处理等合成条件实现CDC比表面积大范围可调、孔径及孔径分布等微观结构精确可控,得到从无定形碳到高度有序的石墨、碳纳米管或石墨烯等多种结构。最后指出了解制备过程-结构-性质之间的关系有利于精确调控CDC以满足特定应用的要求。

碳化物衍生碳的制备及其应用研究进展

碳化物衍生碳(CDC)是除去碳化物中非碳元素后得到的产物,本文综述了卤素刻蚀法、超临界水热法、酸浸泡法、碳化钙反应法、高温热解法、高温熔盐电化学刻蚀法六种制备方法,其中,氯气刻蚀法效率最高。文中指出:CDC因具有轻质、高孔隙率、孔径可调、高比表面积、碳形态多样、生物相容性好等优势,可用于电化学储能(如超级电容器、锂离子电池、燃料电池)、吸附、生物医药和摩擦学领域中;而影响CDC孔结构的因素有很多,如前体类型、反应温度、反应气氛、反应时间、刻蚀方式以及活化方式。通过选择不同的合成参数,可以制备出满足不同应用场景需求的CDC材料。本文还展望了CDC在未来实现商业化的可能性及需要满足的五点要求。

氯化Ti_3AlC_2陶瓷制备碳化物衍生碳的结构表征

以三元碳化物陶瓷Ti_3AlC_2为原料,在500°C^1000°C温度范围内氯化制备具有纳米孔结构的碳化物衍生碳(Ti_3AlC_2-CDC)。高温氯化制备得到的Ti_3AlC_2-CDC由无定形碳和石墨组成。氯化温度越高,石墨化程度越明显,石墨有序度越高。Ti_3AlC_2-CDC的结构与前驱体Ti_3AlC_2的层状结构保持一致。但随着温度升高,Ti_3AlC_2-CDC会逐渐裂解为单片层或多片层。采用N2吸附技术研究了700°C、800°C和1000°C下制备的Ti_3AlC_2-CDC的孔隙结构特征,通过分析试样的吸附等温线特征和孔径分布探讨了温度对CDC孔结构的影响。

中科院兰州化学物理研究所碳化物陶瓷表面自润滑碳化物衍生碳涂层研究获重要进展

二元碳化物（如碳化硅、碳化钨和碳化钛）和三元碳化物（如钛硅碳）是摩擦学领域十分重要的材料，然而它们在干滑动条件下都不具备自润滑特性，从而限制了其应用。中科院兰州化学物理研究所先进润滑与防护材料研发中心研究人员通过在碳化硅和钛硅碳表面制备自润滑碳化物衍生碳（CDC）涂层，从而使这些碳化物在无润滑的滑动条件下亦具有自润滑性。

兰州化物所碳化物陶瓷表面自润滑碳化物衍生碳涂层研究获进展

二元碳化物（如碳化硅、碳化钨和碳化钛）和三元碳化物（如钛硅碳）是摩擦学领域十分重要的材料，然而它们在干滑动条件下都不具备自润滑特性，从而限制了其应用。

钛硅碳衍生碳涂层在真空中的摩擦与磨损行为研究

采用高温氯化法(800℃,5%Cl2+Ar)制备了钛硅碳衍生碳涂层(CDC@Ti_3SiC_2).通过真空浸渍处理,将1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体(LP106)浸渍到多孔层状结构的CDC@Ti_3SiC_2涂层中,得到固-液复合润滑涂层(CDC@Ti_3SiC_2-LP106).以Si_3N_4球为摩擦配副,分别考察了Ti_3SiC_2、CDC@Ti_3SiC_2和CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层在两种真空模式下的摩擦磨损性能.这两种真空模式分别为固定真空度(10–4Pa)和改变真空度(由105Pa逐渐减小至10–4Pa).随着真空度的增大,CDC@Ti_3SiC_2涂层的摩擦系数呈现先减小后增大的趋势.相比较而言,CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层的摩擦系数低且对真空度变化不敏感.在两种真空模式下,CDC@Ti_3SiC_2和CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层均显著减小了Ti_3SiC_2的摩擦系数,但其抗磨损性能并没有明显提高.

原位生长法制备CDC/SiC陶瓷基复合材料

碳化硅(SiC)陶瓷具有脆性大、冲击韧性低、加工性能差等缺点大大限制了其应用范围。碳化物衍生碳(CDC)的比表面积高、纳米孔结构发达、孔径分布窄且精确可调,使碳化物衍生碳材料在摩擦自润滑、超级电容器、气体储存、催化剂载体等领域显示了独特的性能优势和广阔的应用前景。原位生长技术具有成本低、易操作、适合工业上批量化生产等优点,采用原位生长法在SiC陶瓷表面成功制备了CDC/SiC复合材料。通过激光共聚焦显微镜、高温摩擦磨损试验机、显微硬度仪、划痕仪等检测手段研究了CDC/SiC复合材料性能与SiC陶瓷表面属性之间的关系。结果表明CDC/SiC复合材料的摩擦系数及表面粗糙度随SiC陶瓷基体表面粗糙程度的降低而减小,表面光滑平整,平均摩擦系数为0.136,明显提高SiC陶瓷基体的耐磨性;CDC/SiC复合材料显微硬度约为348.6 HV,明显低于SiC陶瓷的硬度。利用原位生长技术制备CDC涂层有望成为改善SiC陶瓷表面性能的有效途径。

不同热处理气氛下制备CDC涂层

碳化物衍生碳(CDC)以其独特的特性被广泛应用在气体存储和摩擦学等领域.氯气刻蚀法制备CDC涂层具有操作简单、成本低、易控制等优点.实验系统研究了热处理气氛中氯气含量对CDC涂层性能的影响,通过激光共聚焦显微镜、高温摩擦磨损试验机、显微硬度仪、划痕仪等检测手段,分析了CDC涂层性能与热处理气氛之间的关系.结果表明,在氯气体积分数为5%~9%条件下1 175℃保温2 h所制备的CDC涂层表面光滑平整、硬度较高、且与基体的结合强度较好.此时CDC涂层的干摩擦因数最小为0.108,耐磨性最强,具有良好的摩擦学性能. CDC涂层显微硬度约为153 HV,明显低于SiC陶瓷的硬度.

熔盐电解精炼高碳铁合金制备纯净铁合金工艺优化分析

提供廉价纯净铁合金产品是解决纯净钢生产的关键问题。文章对碳化钒、高碳铬铁及高碳锰铁等高碳铁合金熔盐电解精炼制备纯净铁合金工作进行了系统介绍。为进一步优化电解精炼工艺、降低其生产成本,并依据近几年碳化物熔盐电解精炼制备碳化物衍生碳的研究成果,提出熔盐电解精炼高碳铁合金同时制备纯净铁合金与碳化物衍生碳的优化新工艺。初步分析表明,通过控制凝固过程冷却速度来调整高碳铁合金中碳化物的组织结构,经过电解精炼,可得到比表面积及孔径大小合适的碳化物衍生碳。