添加气相生长碳纤维对改善碳纸性能的研究

本研究创新性地提出将气相生长碳纤维(VGCF)添加到燃料电池用碳纸中,探究了不同分散方法对VGCF在碳纸原纸中分散效果的影响,以及添加VGCF对碳纸强度、透气性、导电性能、石墨化度的影响。结果表明,使用无水乙醇和分散剂有效分散的VGCF添加到碳纸中,可以一定程度地提高碳纸的强度和有效提高碳纸的导电性能,但会降低碳纸的透气性。当VGCF的添加量为4%时,与未添加VGCF碳纸的物理性能相比,其抗张强度增加了11.58%,水平向电阻率和透气量分别降低了30.31%和11.27%,石墨化度提高了20.39%。

基于林分生长模型的天山云杉碳汇潜力估测

为掌握研究区天山云杉(Picea schrenkiana)林分碳储量现状,估算其碳汇潜力,了解其碳汇动态变化过程,分别基于Gompertz、Logistic、Mitscherlich和Schumacher等4个常用生长曲线方程,采用林龄、平均树高、平均胸径和林分密度等指标构建林分蓄积量生长模型,选取最优模型,通过林分生物量-林分蓄积量回归模型和含碳系数建立林分碳储量生长模型,计算不同林分条件下天山云杉生长到180 a的碳密度年均增长量,预测研究区当前、30 a后和60 a后的林分碳储量及碳汇潜力。结果表明,对比不同生长曲线方程后选择Schumacher方程构建林分蓄积生长模型并转化为林分碳储量生长模型,模型精度89.082%,估计值的标准差13.006、总系统误差-0.293、平均系统误差-5.943、决定系数0.895。基于林分碳储量生长模型计算出天山云杉在相同林分密度条件下,随着林分立地条件的变化,林分碳密度0~180 a年平均增长量为0.020~0.641 t/(hm^(2)·a),研究区全域林分碳密度平均增长量为0.299 t/(hm^(2)·a),年平均增长量拐点位于30 a处。天山云杉林分碳汇潜力为1.245×10^(4) t碳;当前、未来30 a和未来60 a林分碳储量分别为3.439×10^(6) t碳、3.447×10^(6) t碳、3.450×10^(6) t碳,未来30 a、未来31~60 a的增长量分别为8×10^(3) t碳、3×10^(3) t碳,涨幅分别为0.233%和0.087%。本研究构建的林分碳储量生长模型具有较高的精度和稳定性,可用于研究区天山云杉林分碳汇潜力的估测;研究区天山云杉成熟林、过熟林占比较高,林分碳汇潜力低,需进行林龄结构优化,以促进天山云杉林的可持续发展。

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(SBET)测试表明:改性后的VGCF的SBET有一定的变化,经120min长时间的改性处理后,SBET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2mmol·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。

气相生长碳纤维对环氧树脂固化反应的影响及其复合物固化动力学研究

用示差扫描量热方法研究了气相生长碳纤维作为填料对4,4′-二氨基二苯甲烷四缩水甘油环氧树脂(TGDDM)/4,4′-二氨基二苯基砜(DDS)等温固化反应的影响.与纯环氧树脂一样,气相生长碳纤维复合物的固化反应也属于自催化反应类型.气相生长碳纤维对环氧树脂的固化反应动力学影响很小.固化反应的过程可以用一种修正过的自催化动力学模型来描述,在整个固化反应过程中纯TGDDM/DDS环氧树脂及其气相生长碳纤维复合物模型拟合得到的结果和实验数据相当一致.

基于氮掺杂碳球生长金的酶传感器检测蔬菜中的克百威

以氮掺杂碳球(nitrogen doped carbon spheres,N-Cs)为基质,制备新型的氮掺杂碳球生长金纳米复合材料(N-Cs-Au),采用交联法制备新型的基于N-Cs-Au修饰玻碳电极(glassy carbon electrode,GCE)的乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase,AChE)生物传感器(AChE/N-Cs-Au/GCE)并用于菠菜中克百威的定量分析。结果表明:N-Cs-Au具有较好的导电性和电催化活性,能够有效地促进电子转移,提高AChE/N-Cs-Au/GCE的灵敏度。利用AChE/N-Cs-Au/GCE对菠菜中的克百威进行检测分析,克百威质量浓度的负对数与其对AChE/N-Cs-Au/GCE的抑制率在2.3×10^(-10)~2.3×10^(-5) g/L的线性范围内呈良好的线性关系,线性方程为Y/%=-8.246 7X+93.867 6(X为克百威质量浓度的负对数),R2为0.992 9,按抑制率10%计算,检出限为6.763 9×10^(-11) g/L,用AChE/N-Cs-Au/GCE对菠菜中的克百威进行检测分析,样品回收率在91.417 7%~95.859 7%之间,精密度较高,符合实验要求,且该传感器对常见的重金属Pb、Cu、Cd和Mn有较好的抗干扰能力,为食品中克百威的检测提供了一种新方法。

石墨烯掺杂气相生长碳纤维中间相沥青基复合材料的性能研究

以鳞片石墨为原料采用Hummers法制备氧化石墨烯。以石墨烯掺杂的气相生长碳纤维(VGCF)、中间相沥青(MP)为原料,经低温热模压、炭化、石墨化处理制备高强度、高密度的石墨烯掺杂气相生长碳纤维中间相沥青基复合材料。采用扫描电子显微镜来观察样品的微观形貌;通过强力机、四探针测试仪等表征复合材料的性能。结果表明,随着石墨烯掺杂量的增加,复合材料的抗弯强度及导电性能先增大后减小。当石墨烯掺杂比例为9.09%时,炭化后复合材料的密度为1.646g/cm^3,抗弯强度为85.7MPa,电阻率为1.27×10^(-5)Ω·m。

气相生长纳米碳纤维的形态控制

报道了在浮动催化系统中,催化剂、促进剂以及苯/氢气比例等因素对气相生长纳米碳纤维形态的决定性作用和不同结构形态纳米碳纤维的选择生长.利用控制催化剂前体和促进剂的含量以及苯与氢气的比例等因素,制备了平直碳纳米管、弯曲碳纳米管、碳珠/纳米碳纤维、纳米碳纤维等不同结构的气相生长纳米碳纤维.实验结果表明,在浮动催化系统中,调节催化剂和促进剂的含量以及苯与氢气的摩尔比等关键性因素可以实现对气相生长纳米碳纤维形态结构的控制.

中南带杉木林乔木层碳储量生长与成熟模拟

以中南带杉木林乔木层为研究对象,用人工神经网络表达碳储量与林龄之间的非线性关系,构建了BP人工神经网络模型.以乔木层各组分的碳储量年龄序列对所建模型进行训练和分析,得适宜的模型结构为1∶1∶4,总体拟合准确度为97.46%.以年均碳储量最大值对应的年龄定义碳储量成熟龄,基于所建模型,应用MATLAB编程语言编制了计算碳储量生长与成熟的计算机模拟程序,模拟的生长曲线符合森林生长规律,计算的碳储量成熟龄符合研究对象实际,表明所编计算机模拟程序有效.

气相生长碳纤维

评述了近年来气相生长碳纤维的主要研究结果，介绍了气相生长碳纤维产品的性质、生产过程、生长机理、微观形态等。讨论了此种碳纤维高度石墨化的原因，并介绍了基体法与流动法气相生成碳纤维工艺。

气相生长碳纤维在水泥基材料中的分散性研究

以脱油沥青(DOA)为原料,采用化学气相沉积法(CVD)制备出气相生长碳纤维(VGCFs)。利用硬化试件电阻测试法和硬化试件断面形貌法,测试了VGCFs增强水泥的电阻率、变异系数和断面扫描电镜形貌,考察了3种不同制备工艺下VGCFs在增强水泥复合材料中的分散性。结果表明,先将分散剂、消泡剂、VGCFs在水中预分散再加入超细矿粉和水泥的搅拌工艺分散效果最好,干混法与湿混法较差。采用合理的制备工艺(预分散法),当VGCFs掺量为0.2%(体积分数)时可制得纤维均匀分散、电阻率小、变异系数小的VGCFs增强水泥。

聚苯胺/气相生长的碳纤维复合材料的制备及其在微生物燃料电池中的应用研究

用原位化学氧化聚合的方法合成聚苯胺/气相生长的碳纤维的复合材料,采用SEM,FTIR和TGA对聚苯胺/气相生长的碳纤维复合材料的微观形貌、结构和热稳定性进行测定。SEM结果显示,聚苯胺/气相生长的碳纤维复合材料属于纳米级别,形貌与气相生长的碳纤维类似,推测苯胺的聚合作用发生在碳纤维的表面。FTIR结果显示聚苯胺与复合材料具有相似的图谱,进一步证实聚合作用发生在碳材料的表面,聚合过程中未产生新的键合作用。将复合材料作为阴极催化剂修饰到碳布的基底电极上,修饰量为5 mg/cm^2,结果表明复合材料修饰的微生物燃料电池的功率密度最大值为299 m W/m^2,比未修饰的燃料电池提高6.5倍。电化学阻抗谱图较好地符合Nyquist模型,并给出等效电路图。聚苯胺/气相生长的碳纤维复合材料可以作为一种廉价且性能优良的阴极氧气还原反应催化剂。

硅烷化处理对气相生长碳纤维分散性及界面结合的影响

气相生长碳纤维经双氧水改性处理,然后采用不同浓度硅烷偶联剂(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)进行硅烷功能化处理。利用光学观察和SEM研究经过硅烷功能化处理前后的VGCF在溶剂中的分散稳定性及在复合材料中的分散性及与基体结合情况。结果显示:不同浓度硅烷功能化处理的VGCF在溶剂中具有不同的分散稳定性;在制备的气相生长碳纤维/形状记忆聚氨酯复合材料中,不同浓度硅烷功能化处理的VGCF在基体中分散性不同;不同浓度硅烷功能化处理的VGCF在复合材料中与基体的界面结合均得到一定程度提高,将有利于有效增强复合材料的力学性能。最终结果表明,硅烷与气相生长碳纤维质量比1∶1的功能化处理为最佳。

气相生长纳米碳纤维/环氧树脂复合材料的制备及其力学性能

为了改善气相生长纳米碳纤维(VGCNFs)在环氧树脂中的分散性能和界面结合性能,利用两步化学氧化法对VGCNFs表面进行化学改性,制备了VGCNF/环氧树脂复合材料,并对复合材料的力学性能进行了研究。利用傅立叶红外光谱分析仪,透射电子显微镜,场发射电子扫描显微镜及万能材料强力测试仪分别对样品的微观结构和力学性能进行测试分析。结果表明:经过表面处理的VGCNFs在环氧树脂中均匀分散;添加少量VGCNFs的复合材料的拉伸强度和杨氏模量得到了显著提高;拉伸强度在VGCNFs的添加量的质量百分数为8%时达到极值,相比同等添加量的未经表面处理的VGCNFs制备的复合材料的拉伸强度提高了12.2%。

原位生长的气相生长碳纤维增强C/C复合材料的制备及其弯曲性能

以丙烯为碳源, FeCl_3·6H_2O为催化剂,采用化学气相沉积法(CVD)在碳毡和不同密度的C/C复合材料上原位气相生长碳纤维(VGCFs),并以含原位生长VGCFs的碳毡和不同密度的C/C复合材料为基体制备VGCFs-C/C复合材料。研究了反应压力、基体密度对VGCFs生长情况的影响,借助扫描电镜(SEM)、光学显微镜观察原位生长VGCFs的形貌及基体原位生长VGCFs后热解炭形貌的变化,并对比研究了C/C复合材料和VGCFs-C/C复合材料的弯曲性能。研究结果表明,反应压力为3700 Pa,基体密度低的情况更有利于VGCFs的生长;原位生长的VGCFs改变了纤维表面热解炭的沉积形貌,使得热解炭和碳纤维的结合面之间形成具有铆钉作用的球状结构,增强了界面结合力,从而提高了原位生长的高VGCFs含量样品的弯曲强度。

纳米催化剂FeS的制备及其在气相生长碳纤维中的应用

采用超声均相沉淀法,以硫代乙酰胺和硫酸亚铁铵为原料,通过调整溶液pH值,并借助表面活性剂防止颗粒团聚,在常温下合成了均匀分散的FeS纳米颗粒.X射线衍射和透射电镜(TEM)分析表明颗粒直径为40～50nm.将制备的FeS溶液涂在陶瓷板上进行化学气相沉积,得到了大量直径为5～8μm的气相生长碳纤维.

科琴黑和气相生长碳纤维对石墨烯微片/聚丙烯复合材料性能的影响

本文通过熔融共混法制备了多种聚丙烯(PP)基复合材料,研究了添加不同含量石墨烯微片(GNP)的GNP/PP复合材料的导热和导电性能以及科琴黑(KB)和气相生长碳纤维(VGCF)对GNP/PP复合材料导热和导电性能的影响。结果表明,随着GNP含量的增加,GNP/PP复合材料的导热系数不断增加,当GNP含量为60%时,GNP/PP复合材料的导热系数比纯PP(0.096 W/m·K)提高了12倍多;当在GNP含量为10%的GNP/PP复合材料中添加KB或VGCF后,该复合材料的导热和导电性能明显提高;扫描电镜照片表明KB或VGCF分布在GNP团聚体之间的PP基体中,GNP团聚体通过KB或VGCF链接形成通路,使得PP基体中形成了更多和更为完善的导电导热网络。

气相生长碳纤维/中间相沥青碳碳复合材料制备及性能研究

以中间相沥青(MP)为基体,气相生长碳纤维(VGCF)为增强体,通过低温热模压成型,炭化、石墨化制备了不同VGCF含量的VGCF/MP碳碳复合材料。对样品的形貌进行表征并对不同VGCF含量制得的碳碳复合材料的各项性能进行测试,探究材料微观结构与其抗弯强度、电阻率和导热系数之间的关系。结果表明:随着VGCF含量的增加,复合材料的导电性能和抗弯强度先增大后减小,当VGCF含量为50%(wt,质量分数)时,密度高达1.6g/cm3,弯曲模量达到12.0GPa,抗弯强度为77.5MPa,电阻率最低为0.59×10-5Ω·m,导热系数最大为113.87W/(m·℃)。

气相生长碳纤维/聚酰胺6纳米纤维增强聚乳酸复合材料

研究了气相生长碳纤维(VGCF)的表面功能化处理及其在聚合物中的分散性。通过静电纺丝,制备了不同VGCF含量的聚酰胺6(PA6)纳米纤维毡,并以VGCF/PA6纳米纤维增强聚乳酸(PLA)得到复合材料。研究发现,经过混酸处理的VGCF水溶液,在加入聚合物前后各用超声波处理1 h,VGCF的分散性较好;表面活性剂处理VGCF,明显提高了其在聚合物溶液中的分散效果。在PA6/甲酸溶液中加入VGCF后,纤维毡的力学性能增强,在纺丝液中VGCF质量分数为0.03%时,断裂强度达到最大值(14.68 MPa)。随着VGCF/PA6纳米纤维含量的增加,复合材料的断裂强度先增大后减小,并在VGCF/PA6质量分数为7.39%时达到峰值(25.80 MPa)。

气相生长碳纤维增强聚合物复合材料力学性能研究进展

气相生长碳纤维以其优越的力学性能及相对低廉的成本引起了研究者的广泛关注。在简要介绍了气相生长碳纤维的发展史、基本性能和微观结构基础上,详述了气相生长碳纤维增强聚合物基复合材料的力学性能及其主要影响因素,并对相关工艺作了介绍。

气相生长碳纤维作为润滑脂导电填料的摩擦学性能研究

以聚环氧乙烷聚环氧丙烷单丁基醚(PAG)为基础油和聚四氟乙烯为稠化剂,分别以气相生长碳纤维(VGCF)、银粉和铜粉作为导电填料,制备了电力复合脂.采用GEST-121型体积表面电阻率测试仪测定了润滑脂的体积电阻率,往复摩擦磨损试验机考察三种导电填料对润滑脂摩擦磨损性能的影响,用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察并分析了磨痕表面形貌和主要元素.结果表明:在室温和100℃下,含有VGCF的电力复合脂均具有较低的体积电阻率;这种润滑脂还具有优异的润滑性能,当VGCF添加质量分数为1.5%时,具有最优的减摩和抗磨性能.