具有碳纳米管基底的硫化交联聚苯乙烯刷的制备及其锂载体性能

不可控的锂枝晶生长、严重的体积膨胀以及脆弱的固态电解质中间相(SEI)严重制约了锂金属电池(LMBs)的实际应用。在本研究中,我们成功设计合成了一类具有碳纳米管基底的硫化超交联聚苯乙烯刷(CNT-g-sxPS),并将其用作新型的三维锂金属载体。CNT-g-sxPS的层次化大孔、中孔和微孔能够促进锂离子的传输,缓解锂负极的体积变化,提供高比表面积以降低局部电流密度,从而实现快速且均匀的锂沉积/剥离。同时,孔骨架表面均匀分布的含硫基团可以与锂原位反应生成含Li2S的SEI,有利于构筑稳定的负极/电解液界面。此外,碳纳米管基底还能提供快速的电子传输路径。因此,利用CNT-g-sxPS负载的锂金属负极(CNT-g-sxPS@Cu/Li)组装的Li|Li对称电池在1 mA cm^(-2)、1 mAh cm^(-2)下可稳定循环超过500 h。当与磷酸铁锂正极(LFP)匹配时,利用CNT-g-sxPS@Cu/Li负极组装的全电池在1 C下循环600圈后仍然具有101 mAh g^(-1)的放电比容量,容量保持率为77%。

氢气在碳纳米管基材料上的吸附-脱附特性

利用高压容积法测定多壁碳纳米管(MWCNTs)及钾盐修饰的相应体系(K+-MWCNTs)的储氢容量,并用程序升温脱附(TPD)方法表征研究氢气在MWCNTs基材料上的吸附-脱附特性.结果表明,在经纯化MWC-NTs上,室温、9.0MPa实验条件下氢的储量可达1.51%(质量分数);K+盐对MWCNTs的修饰对增加其储氢容量并无促进效应,但相应化学吸附氢物种的脱附温度有所升高;K+的修饰也改变了MWCNTs表面原有的疏水性质.在低于723K的温度下,H2/MWCNTs体系的脱附产物几乎全为氢气;773K以上高温脱附产物不仅含H2,也含有CH4、C2H4、C2H2等C1/C2烃混合物;H2/K+-MWCNTs储氢试样的脱附产物除占主体量的H2及少量C1/C2烃混合物外,还含水汽,其量与吸附质H2源水汽含量密切相关.H2在碳纳米管基材料上吸附兼具非解离(即分子态)和解离(即原子态)两种形式.

CO2加氢制甲醇用碳纳米管促进的高效新型CuO-ZnO-ZrO_2基催化剂

用一种金属Co修饰多壁碳纳米管基复合材料(y%Co/CNT)作为促进剂,制备一种高效新型的y%Co/CNT促进CuO-ZnO-ZrO2基催化剂(记为CuiZnjZrk-x%(y%Co/CNT)),考察其对CO2加氢制甲醇的催化性能.实验结果显示,在组成经优化的Cu8Zn2Zr5-10%(4.5%Co/CNT)催化剂上,5.0 MPa,523 K,V(H2)∶V(CO2)∶V(N2)=69∶23∶8,GHSV=25 000 mL/(h.g)的反应条件下,CO2加氢的转化频率达4.99×10-3s-1,分别是相同条件下非促进的原基质Cu8Zn2Zr5和单纯CNT促进的对应物Cu8Zn2Zr5-10%CNT上的相应值(4.31×10-3和4.64×10-3s-1)的1.16和1.08倍;催化剂的表征结果显示,金属Co修饰CNT促进的催化剂对H2优良的吸附活化性能对CO2加氢转化频率(TOF)的显著提高起主要作用.在CO2加氢产物中甲醇的C-基选择性达97.9%,单程时空产率为699 mg/(h.g),具有实用前景.

碳纳米管水泥基复合材料的研究进展及其发展趋势

碳纳米管具备超强力学性能、极高的长径比、优异的导电性能和机敏性以及无损改性等特点。目前,碳纳米管复合材料已经广泛用于能源、医药、环境和电子领域。综述了国内外关于碳纳米管水泥基复合材料的制备、分散、微观结构、宏观性能和多功能特征等研究进展,并结合本课题组的研究成果,阐述了当前碳纳米管水泥基复合材料研究中存在的主要问题及其未来发展趋势。

表面改性对碳纳米管—水泥基复合材料导电性能及机敏性的影响

采用一种由浓硝酸和浓硫酸组成的混合液对碳纳米管进行表面改性后分散到水泥净浆中(SPCNT),采用四电极法测试了复合材料导电性能和机敏性能,并与未改性碳纳米管增强水泥净浆(PCNT)及普通水泥净浆(PCC)进行了对比;同时采用扫描电镜观察了复合材料的微观结构。结果表明:水泥净浆中掺入碳纳米管后具有优良的导电性能和机敏性能,碳纳米管经表面改性后复合材料的体积电阻较未改性碳纳米管复合材料高,而机敏性能表现更稳定;在复合材料中碳纳米管分布非常均匀,碳纳米管之间互相搭接,形成完好的导电网络,未改性碳纳米管表面光滑未覆盖水泥水化产物,而改性碳纳米管表面被水泥水化产物包裹。

Co修饰碳纳米管作为低碳醇合成CoMoK催化剂的高效促进剂

利用化学还原沉积法，制备一类Co修饰的多壁碳纳米管基复合材料（记为y％Co／MWCNT，y％为质量分数），进而用其作为促进剂，制备共沉淀型y％Co／MWCNT促进的Co-Mo-K氧化物基催化剂，CoiMOjKk-x％（y％Co／MWC-NT）（x％为质量分数）,实验发现，Co对MWCNT的预修饰明显地提高了单纯MWCNT促进的Co-Mo-K催化剂对CO加氢制低碳醇的催化活性,在所制备的Co1Mo1K0.05-12％（4．2％Co／MWCNT）催化剂上，在经优化的两种反应条件（5．0MPa，563K，V（H2）／V（CO）／V（N2）=60／30／10，GHSV=8000mL／（h·g）和5．0MPa，593K，V（H2）／V（CO）／V（COs）／V（N2）=60／30／5／5，GHSV=10000mL／（h·g））下，C2～9-醇的时空产率分别达294和628mg／（h·g），分别是单纯MWCNT促进的对应物在其最佳操作条件下这个值（269mg／（h·g））的1．09和2．33倍；在所制得两种低碳混合醇产物中，C2～9-醇的含量分别达89％和96％（质量分数），并分别以C7-醇和C5-醇为主要醇产物．本文结果表明，Co对MWCNT的预修饰并辅以原料合成气中添加适量CO2对于CO加氢转化率和C2～9-醇时空产率的显著提高起重要作用。

多酸-生物质基碳纳米管复合材料的合成与表征

采用自制的生物质基碳纳米管和Keggin类型磷钼酸原料,原位设计合成新型多酸-生物质基碳纳米管复合纳米材料,并系统探究了最佳的合成条件.运用FT-IR、XRD、Raman等测试方法,对新型纳米材料的结构进行了表征.结果表明,在80℃、混合酸Ⅰ(HNO3/H2SO4)条件下回流2 h得到的复合材料中的碳纳米管质量最好,结构缺陷最少,且母体Keggin类型多酸的骨架结构完整.

油基-碳纳米管纳米流体对45^#钢性能的影响

采用X-Y函数记录仪(LM20A-200型),测定30#机油及油基-碳纳米管(CNTs)纳米流体淬火液冷却特性曲线。研究CNT含量的变化对油基-CNT纳米流体淬火液冷却特性曲线及45#钢硬度的影响。结果表明:随着CNTs含量的增加,纳米流体的冷却能力逐渐增大;采用质量分数为1.5%的油基-碳纳米管纳米流体淬火液和30#机油分别对45#钢进行淬火处理,经油基-碳纳米管纳米流体淬火液淬火后45#钢的硬度有所提高。

碳纳米管负载合成气制低碳醇Co-Mo-K硫化物基催化剂

用自行制备的多壁碳纳米管(CNTs)作为载体,制备一类负载型CNTs促进Co-Mo-K硫化物基催化剂,x%CoiMojKk/CNTs(x%为质量百分数).实验发现,在2.0 MPa、593 K、V(CO):V(H2):V(N2)=45:45:10、GHSV=2 400mLSTP.h-1.g-cat.-1的反应条件下,在11.6%Co1Mo1K0.6/CNTs催化剂上,所观测低碳醇合成的比反应速率达到0.77μmol-CO.s-1.(mmol-Mo)-1,是AC和-γAl2O3分别负载各自最佳Co-Mo-K摩尔组成及相应负载量催化剂(50.3%Co1Mo1K0.8/AC和26.1%Co1Mo1K0.8/γ-Al2O3)上这个值(分别为0.23和0.27μmol-CO.s-1.(mmol-Mo)-1)的3.35和2.85倍.对比研究显示,用CNTs代替常规载体AC和-γAl2O3并不引起所负载Co1Mo1K0.6硫化物催化剂上低碳醇合成反应的表观活化能发生明显变化.与AC或-γAl2O3负载的参比体系相比,CNTs负载的催化剂更易于在较低温度下还原活化,并促使工作态催化剂表面催化活性Mo物种(Mo4+)在总Mo量中所占份额明显提高;在另一方面,CNTs负载的催化剂展现出对H2更强的吸附活化能力,有助于在工作态催化剂表面营造较高稳态浓度吸附氢的表面氛围,于是提高了表面加氢反应的速率;这些因素对低碳醇合成反应活性的提高都有重要贡献.

碳纳米管水泥基复合材料高温力学性能实验研究

研究多壁碳纳米管(MWCNTs)掺量(0wt%、0. 05wt%、0. 08wt%、0. 10wt%、0. 20wt%)对碳纳米管水泥基复合材料(CNT/CC)高温力学性能的影响。分别测试了常温时以及200℃、400℃、600℃和800℃高温后CNT/CC净浆试件的质量损失、抗折强度和抗压强度。结果表明:MWCNTs的加入能够降低水泥基体内部蒸汽压和温度梯度,有效地提高水泥基体抗高温爆裂能力。MWCNTs的掺入可在一定程度上降低水泥基材料的高温质量损失,但掺量过大时由于催化剂的热分解,质量损失会有所增加。热作用时,MWCNTs表面和端部易产生一些亲水基团和缺陷位,在一定程度上缓解了水泥基复合材料高温性能的劣化。800℃后,CNT/CC的相对残余抗折强度和相对残余抗压强度分别约为30%~35%和45%~50%。

碳纳米管分散性及其水泥基复合材料力学性能的研究进展

作为一种完美的纳米纤维材料,碳纳米管拥有优异的力学、电学、热学等其它性能。在土木工程领域,将均匀稳定分散的碳纳米管用于增强水泥基复合材料,能够更好的提高水泥基复合材料的强度。主要分析了碳纳米管的分散性以及从实验研究和数值分析两方面对碳纳米管水泥基复合材料的力学性能进行了分析和总结,并对碳纳米管水泥基复合材料的力学性能进行了评价与展望。

数值模拟碳纳米管增强铝基复合材料的力学性能

本文根据连续介质理论,采用代表性体积元的方法计算了碳纳米管增强铝基复合材料的力学性能。使用有限元软件ABAQUS对代表性体积元模型进行分析,研究了不同碳纳米管体积分数对复合材料弹性模量、屈服强度、泊松比及剪切模量的影响。结果表明碳纳米管体积分数对复合材料力学性能有显著影响,随着碳纳米管体积分数的增加,复合材料的弹性模量、屈服强度及剪切强度都明显提高,泊松比略有下降。

环境及疲劳荷载对碳纳米管水泥基复合材料压敏性能的影响

采用四电极法测量碳纳米管水泥基复合材料的电阻及循环荷载作用下电阻率的变化规律,研究环境及疲劳荷载对复合材料的电阻率及压敏性能的影响规律。主要研究了温度(20,30,40,50℃)、含水率(0%~6.4%)、温度-含水率耦合以及疲劳荷载作用对复合材料的导电性与压敏性的影响。结果表明,环境及疲劳荷载对于复合材料电阻及其压敏性具有显著的影响。复合材料的电阻率随含水率的增加而降低,当复合材料含水率从1.3%提高到5.8%,其电阻率降低46%;在荷载作用下,其电阻率变化随着含水率的增加呈现先增加后减小的趋势;随着温度的增加,复合材料电阻率降低,压敏性提高,在20℃到50℃范围内复合材料电阻率及循环荷载下电阻变化率均与温度呈良好的线性关系,相关系数均超过0.99,当温度从20℃升高到50℃,复合材料电阻率降低35%,荷载作用下电阻变化率提高84%,表明高温情况下复合材料具有更好的压敏性;在温度-含水率耦合作用下,随着含水率增加,压敏性对温度的灵敏度呈近似直线下降趋势,相关系数为0.915;复合材料的电阻率及压敏性随着疲劳次数的增加而增加。复合材料电阻及压敏性的变化主要是由隧道效应及内部微裂纹发展造成的。

碳纳米管/铝基复合材料阳极氧化与耐腐蚀性能

采用叠片粉末冶金技术制备CNT/2024Al复合材料锭坯,经热轧变形加工后,通过阳极氧化在板材表面生成一层均匀、致密的氧化膜,并对阳极氧化后的复合材料板材抗盐雾腐蚀性能进行研究。采用SEM对比分析了复合材料板材的阳极氧化膜微观结构及其在盐雾气氛下的变化规律;采用万能拉伸试验机研究阳极氧化对盐雾腐蚀后材料力学性能的影响。结果表明,未经阳极氧化的样品,暴露在盐雾条件下将发生显著的腐蚀现象,导致材料的拉伸强度和延伸率降低;采用阳极氧化处理后,会在复合材料表面生成约2μm的致密氧化膜,可有效阻止盐雾腐蚀,有效避免材料腐蚀后的力学性能下降。

碳纳米管增强铝基复合材料分散方法研究进展

碳纳米管与铝基体的结合,可以获得导电和导热性良好及综合力学性能优异的复合材料,有望成为新一代轻质高强、结构功能一体化的复合材料。在制备碳纳米管增强铝基复合材料过程中,碳纳米管的团聚将降低界面结合,诱发缺陷产生,导致性能大幅下降,因此,调控优化碳纳米管的分散状态、含量成为获取良好界面结合,获得高性能碳纳米管增强铝基复合材料的关键。基于此,综述了国内外均匀分散碳纳米管的方法,通过物理作用、化学作用和物理化学共同作用的方式进行分类,并详细介绍了高能球磨、摩擦搅拌、化学气相沉积、湿法球磨等主要的碳纳米管在铝基体中的分散方法。分析了不同分散方法的特点及其分散效果,最后总结了分散过程中存在的分散效果、缺陷的平衡、大长径比、高含量碳纳米管分散及分散评价方法等关键问题,并展望了未来在铝及其合金基体中碳纳米管分散方法的发展方向。

碳纳米管铝基复合材料的力学性能研究

碳纳米管铝基复合材料因结构优良且具有良好的力学性能,受到越来越多的研究学者的关注。运用ANSYS有限元软件分析了碳纳米管体积分数、长径比及分散度对复合材料力学性能的影响。结果表明:复合材料的弹性模量、屈服强度及切变模量随碳纳米管体积分数和长径比的增大而增大;泊松比随碳纳米管体积分数、长径比的增大而减小;碳纳米管在铝合金基体中分布越均匀,复合材料的力学性能越好。

Co修饰碳纳米管促进的Cu-ZrO2催化剂上CO2加氢制甲醇

利用微波助多元醇化学还原沉积法,制备一类Co修饰的多壁碳纳米管(CNT)基复合材料(y%Co/CNT),进而用其作为添加剂,制备共沉淀型y%Co/CNT促进的Cu-ZrO2催化剂,CuiZrj-x%(y%Co/CNT).Co对CNT的修饰明显地提高了该催化剂对CO2加氢制甲醇的催化活性.在Cu1Zr1-10%(4.3%Co/CNT)催化剂上,5.0 MPa,513 K,V(H2)/V(CO2)/V(N2)=69/23/8,GHSV=8 000 mL/(h.g)的反应条件下,CO2加氢的转化频率(TOF,即单位时间(s)内在单个表面活性金属Cu0位上CO2加氢转化的分子数)达2.89×10-3s-1,是相同条件下非促进的原基质Cu1Zr1和单纯CNT促进的对应物Cu1Zr1-10%CNT上这个值(2.36×10-3s-1和2.40×10-3s-1)分别的1.22和1.20倍;在CO2加氢产物中甲醇的C-基选择性为～92%,时空产率达176 mg/(h.g-cat.).催化剂的表征研究显示,Co修饰CNT促进的催化剂对H2优良的吸附活化性能对CO2加氢转化频率(TOF)的显著提高起着重要作用.

铝基定向碳纳米管复合膜的场发射性能研究

研究了铝基定向碳纳米管复合膜的场发射性能,获得了开启场强为1.15V/μm、最大发射电流密度为1.25mA/cm^2的铝基定向碳纳米管薄膜。F-N曲线呈线性关系证明电子发射确为场致发射。

镍基碳纳米管薄膜场致发射电流的实验测定

在不同表面宏观电场下对定向生长于镍片上的碳纳米管膜的场致发射电流密度进行了测定，被测样品是在作者提供的纯镍基片上由美国Xintek公司加工，测试条件为：发射窗口直径3mm，平行板电极系统极间的距离0．4～1．0mm，可微调，测试电压0～1000V。在相同实验条件下，多次测量电场强度与发射电流密度的关系及其稳定性。在距离不变及中等工作电压的情况下，测定了样品连续工作及反复间断工作时场致发射电流的稳定性。将测量结果分别与美国公司公布的资料及作者两年前对西安交通大学所提供的硅基片碳纳米管所做的测定结果进行了对比，依据对本次样品的测量数据建立了相应的j-E关系曲线的数学拟合函数表达式，为用本次样品设计制造碳纳米管冷阴极X线管做了准备。

碳纳米管复合吸波材料研究进展

电磁波吸收材料在国防民生等领域有重要的应用,早期的吸波材料主要采用的是铁氧体、磁性金属微粉等,这些材料具有高密度,窄吸收频带等缺点,极大地限制了其实际应用。为实现对电磁波"薄轻宽强"的吸收效果,研发新型高效吸波材料意义重大。文章对近年来碳纳米管复合吸波材料的发展状况作了简要的介绍,并对未来碳纳米管基复合吸波材料的发展趋势进行了展望。