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。

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。

CNTs/Mg-9Al复合材料微观组织、力学及导热性能

研究了CNTs的加入对Mg-9Al镁基复合材料时效行为的影响,探讨了时效处理过程中微观组织、力学性能及导热性能的演变规律。结果表明:添加的CNTs增大了基体合金中铝元素的固溶度,并在时效过程中限制晶界的迁移,在二者共同作用下,促进基体中连续β-Mg_(17)Al_(12)相的析出,且随着CNTs含量的增加,连续析出的比例增大;与基体呈共格关系的杆状连续析出相能够有效地阻碍位错运动,提高复合材料的力学性能,其中峰时效态0.4CNTs/Mg-9Al复合材料的屈服强度、抗拉强度、热扩散系数和热导率分别为275 MPa,369 MPa,34.5 mm^(2)/s和68.4 W/(m·K),相较于时效前Mg-9Al合金分别提升了17%,23%,43%和45%。

T6态CNTs/Al-Zn-Mg-Cu复合材料的耐磨性能研究

采用熔融铸造法制备了12vol%CNTs(碳纳米管)/Al-Zn-Mg-Cu复合材料,再对该复合材料进行T6热处理。利用MG-200型摩擦磨损试验机研究了热处理前后CNTs/Al-Zn-Mg-Cu复合材料的干滑动摩擦磨损性能。试验结果表明:CNTs对Al-Zn-Mg-Cu合金有细晶强化作用,提高了合金的硬度,固溶处理消除了铸造复合材料中的第二相偏析,并且在时效处理之后MgZn2强化相的析出大幅度提升了材料的性能。在40 N的载荷和200 r/min转速时,T6态CNTs/Al-Zn-Mg-Cu复合材料的磨损率和摩擦系数分别为0.0489 g/mm和0.281,与铸造复合材料相比,材料的磨损率和摩擦系数分别降低64.79%和28.47%。这是由于热处理之后试样的强度和硬度增大,从而有效改善了材料的耐磨性能。未热处理的复合材料主要存在黏着磨损和磨粒磨损,而热处理之后复合材料的主要磨损机理为磨粒磨损。

静电纺丝CNTs/MXene/PVP复合纤维膜的制备及电容压力传感器性能检测

本文主要利用静电纺丝法制备CNTs/MXene/PVP复合纤维膜作为电容压力传感器介电层,扫描电子显微镜对二维材料MXene进行形貌表征。通过一系列传感器性能研究,结果得出使用静电纺丝制备出的纤维膜比表面积大、力学性能好,灵敏度可达到0.53323 kPa−1、宽检测范围(0~10 kPa)、快速响应时间(响应时间150 ms、恢复时间200 ms)、低迟滞性(滞后误差8.8%)。说明该电容压力传感器未来在人机交互、医疗监测具有良好的发展潜力。

原位合成CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的性能研究

对Al的质量分数分别为0.20%,0.35%,0.60%的Cu-Al合金粉末进行内氧化,得到CuAl_(2)O_(3)粉末。采用化学气相沉积法在Cu-Al_(2)O_(3)粉末表面原位生长碳纳米管(carbon nano tubes,CNTs),采用放电等离子烧结工艺成功制备了CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料。采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察了CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合粉末、复合材料断口的形貌。采用显微硬度计、微拉伸试验机、摩擦磨损试验机分别对纯Cu及复合材料的维氏硬度、抗拉强度、摩擦因数进行测试。采用电化学工作站测试复合材料在3.5%NaCl(质量分数)水溶液中的耐腐蚀性能。结果表明,随着Al的质量分数的增加,粉末表面合成的CNTs的数量也增多。Al的质量分数为0.35%时,CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的综合性能最佳,与纯Cu相比,复合材料的抗拉强度和腐蚀电势分别提高了86.4%和43.2%,分别为315 MPa和-0.268 V,摩擦因数降低了53.3%,仅为0.28。

挤压铸造(SiC_(w)+CNTs)/2024Al复合材料高温摩擦磨损性能

铝基复合材料因具有低密度、高硬度、高强度以及耐磨损等特点,是制备轻量化制动零部件的理想材料。本研究采用挤压铸造法和热挤压工艺制备了具有优异耐磨性的(SiC_(w)+CNTs)/2024Al复合材料。利用干滑动摩擦磨损实验研究了复合材料在高温条件(200℃)不同载荷(5~20N)下的耐磨性。研究表明,相较于2024Al,复合材料在高温低载荷条件下具有高且稳定的摩擦系数以及低的磨损率,而在高载荷条件下,其摩擦系数显著降低且出现明显的波动。通过增加载荷使得SiC_(w)和CNTs被拔出,CNTs自润滑能力及硬质SiC_(w)的表面强化作用得到充分发挥,大幅度降低了材料的摩擦系数。高温下2024Al被软化,发生粘着磨损,而复合材料中混杂增强体的存在有效提高了材料的高温耐磨性。

超音速激光沉积增材制造CNTs/Cu复合材料微观结构及力学性能研究

目的研究超音速激光沉积增材制造CNTs/Cu复合材料的微观结构及力学性能。方法对CNTs进行表面镀铜处理,提高它与Cu黏接相之间的润湿性,增强CNTs/Cu之间的界面结合,利用超音速激光沉积技术(Supersonic Laser Deposition,SLD)增材制备不同CNTs含量的CNTs/Cu复合材料,对比研究了CNTs含量和退火温度对CNTs/Cu复合材料微观结构及力学性能的影响规律,并采用能谱仪对拉伸断口微区进行元素分析测定。结果SLD制备的CNTs/Cu复合材料具有优异的塑性变形能力,而强度较高的CNTs通过嵌入铜粉颗粒之间的缝隙提升了沉积质量。对复合材料微观组织进行表征发现组织无明显孔隙、致密性良好,且无烧蚀现象。CNTs的加入有效提高了CNTs/Cu复合材料的抗拉性能,并且随着CNTs含量的上升,CNTs/Cu复合材料的极限抗拉强度(Ultimate Tensile Strength,UTS)稳步上升;当CNTs质量分数为0.3%时,CNTs/Cu复合材料的UTS为36.33MPa,是CNTs质量分数为0.05%时的1.35倍。随着退火温度的升高,CNTs/Cu复合材料的UTS表现为先增大后减小的趋势,在500℃时UTS达到最大值。结论由于激光加热软化的效果与表面镀铜的包覆作用,CNTs能够均匀地分布在CNTs/Cu复合材料内部,同时明显增强复合材料内部颗粒的界面结合强度,后续的热处理有助于使材料从不稳定的机械结合逐步转换为冶金结合,显著提高复合材料的抗拉性能。

CNTs/Al复合材料变形和损伤行为数值模拟研究进展

CNTs(carbon nanotubes)/Al复合材料在塑性变形过程中CNTs和铝基体的力学响应复杂且存在相互影响,系统、深入地揭示微观组织损伤的产生和发展机制及其对宏观力学性能的影响规律十分困难。对复合材料的变形过程进行数值模拟,可以经济、高效地研究各种微观组织和外部因素对力学性能的影响,从而实现对损伤行为的准确预测。首先介绍了目前得到广泛应用的连续损伤模型和内聚力损伤模型,二者分别适用于描述不同条件下复合材料的变形和损伤行为;随后介绍了适合多尺度建模的代表性体积元模型,其适用于研究不同尺度下的组织结构特征对变形和损伤的影响。

油气井碳纳米管(CNTs)复合固井水泥断裂性能热损伤机制

利用半圆盘三点弯曲试验研究碳纳米管(CNTs)质量分数分别为0.05%、0.10%和0.30%的复合固井水泥试样在25、50、100和200℃下断裂力学性能损伤规律。研究结果表明:随外部温度增高,CNTs复合固井水泥试样三点弯曲加载下断裂形式由脆断过渡为韧性断裂;CNTs质量分数相同的试样Ⅰ型断裂韧度随外部温度的增高呈对数形式降低;CNTs复合固井水泥试样断裂速率随外部温度升高呈指数下降趋势,与材料在高温下由脆转韧的规律一致;随着外部温度升高试样断裂压缩功降低,温度对CNTs复合固井水泥材料的热损伤效应非常显著。CNTs质量分数为0.10%时,CNTs加入能协调水化矿物间的热膨胀差异,提升CNTs复合固井水泥材料高温下的抗裂性能。

SiO_(2)溶胶和CNTs杂化增强水泥基复合材料性能研究

采用超声波法制备了SiO_(2)溶胶-碳纳米管(CNTs)分散液,研究了SiO_(2)溶胶-CNTs分散液对水泥基复合材料性能的影响,并用SEM、EDS、XRD微观测试方法对其进行了表征。结果表明:以SiO_(2)溶胶为分散介质,通过超声波法能够实现CNTs在水泥基复合材料中的均匀分散;掺1.5%的SiO_(2)溶胶和0.15%的CNTs能进一步提高砂浆的力学性能;SiO_(2)溶胶的火山灰活性消耗了砂浆中多余的水化产物Ca(OH)_(2),形成C-S-H凝胶密实了砂浆结构,CNTs在水泥浆体和细骨料界面之间起到纤维增强的作用,细化了孔隙,填补了微裂缝,降低了孔隙率。