湖南大学材料科学与工程学院先进炭材料及应用技术湖南省重点实验室
- 作品数：14 被引量：16H指数：3
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- 发文基金：国家自然科学基金湖南省自然科学基金中国博士后科学基金更多>>
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- 氧化速率对石油基中间相沥青炭纤维结构和性能的影响
- 2023年
- 以石油基中间相沥青为原料制备高性能沥青炭纤维,重点探究预氧化过程中升温速率对中间相沥青炭纤维结构和性能的影响。采用扫描电子显微镜、电子探针显微分析仪、纤维强伸度仪等分析手段研究了不同氧化速率下纤维的微观形貌、氧含量及分布、力学和导热性能。结果表明:随着氧化速率从0.5℃/min增大到1.3℃/min,石墨纤维均呈现大角度劈裂,热导率和拉伸强度出现先增大后减小的趋势。氧化速率越慢,中间相沥青纤维横截面上的氧含量分布越均匀,更容易获得综合性能更高的纤维。但是,过度氧化会导致沥青分子的氧化分解,从而降低纤维的热导率和拉伸强度。在0.7℃/min氧化速率下纤维皮芯结构效应最弱,石墨纤维性能最佳,热导率及拉伸强度分别为1029 W/(m·K)和3.09 GPa。
- 姜鹏飞吴晃周星明樊桢张岳峰叶高明黄东叶崇
- 关键词：氧化速率导热性能
- 萘系和油系中间相沥青碳纤维性能对比研究被引量：2
- 2021年
- 以萘系(SD)及油系(MP)中间相沥青为原料,对比探究两种沥青制备碳纤维的性能差异。采用扫描电镜、X射线衍射仪、纤维强伸度仪和微欧计等手段表征了碳纤维微观结构及力学与导热性能。结果表明:SD沥青灰分126×10^(-6),含有约10%的各向同性组分,制得碳纤维拉伸强度1.13GPa,杨氏模量720GPa,热导率790W/(m·K);MP沥青灰分28×10^(-6),中间相含量100%,制得碳纤维拉伸强度2.21GPa,杨氏模量821GPa,热导率848W/(m·K)。MP碳纤维较SD碳纤维性能更优异的原因在于其具有更大的石墨微晶尺寸、更高的石墨化度及取向度。
- 余洋吴晃黄东伍孝叶崇
- 关键词：中间相沥青碳纤维力学性能导热性能微观结构
- 萘系中间相沥青分子结构对其炭纤维性能的影响
- 2023年
- 中间相沥青基炭纤维因具有高模量、低电阻率、高导热等特性,在许多领域有广阔的应用前景。本文分别以采用HF/BF3催化萘一步法制备的中间相沥青(AR-MP)和采用AlCl3催化萘两步法制备的中间相沥青(N-MP)为原料,制备了高性能炭纤维。通过元素分析、TG-MS、FT-IR、13C-NMR、MALDI-TOF-MS、XRD和SEM等手段对上述沥青和纤维进行了分析表征,对比了不同催化聚合工艺制备的中间相沥青的分子结构和性能,并进一步探究了中间相沥青分子结构差异对其炭纤维结构和性能的影响。结果表明:AR-MP分子构型偏向于半刚性的棒状,含有更多的环烷结构和甲基侧链,其预氧化后的纤维显示出更好的碳平面取向,使其石墨化纤维具有更好的热导率(716 W/m·K);而N-MP分子构型偏向于刚性的圆盘状、芳香度高,其纤维在后续热处理过程中产生的缺陷更少,石墨化后具有更大的拉伸强度(3.47 GPa)。
- 徐辉涛郭建光李文龙李轩科
- 关键词：中间相沥青分子结构
- 磺化石墨烯提升受电弓炭滑板材料在常规和潮湿条件下的抗磨性
- 2023年
- 以磺化石墨烯(SG)为添加剂,采用预模压、热挤压和焙烧等工艺,设计制备了一种新型受电弓炭滑板材料(PCS-1)。结果表明,PCS-1的力学强度和载流磨损性能均明显优于未改性的炭滑板材料(PCS-0)。载流磨损测试显示,与PCS-0相比,PCS-1的抗折强度提高了41.8%,载流磨损率在潮湿和常规环境条件下分别降低了51.0%和50.0%。扫描电镜、偏光显微镜和白光干涉仪等测试揭示了磺化石墨烯的加入显著减少了炭滑板材料的随机裂纹数量,提高了断口表面的致密度,因此抑制了炭滑板材料的电弧侵蚀,从而有效地提高了材料的抗磨性。
- 张思斯涂川俊李响宋腾辉鲜勇刘新龙孙恒陈宜兴
- 关键词：微观结构
- 石墨化温度对中间相沥青炭纤维微观结构及性能的影响被引量：3
- 2020年
- 以自制中间相沥青炭纤维为原料,探究连续石墨化处理温度对中间相沥青炭纤维微观结构和性能的影响。采用SEM、XRD、TEM、Raman、万能材料试验机、微欧计等分析手段研究了不同石墨化温度下处理的石墨纤维微观形貌、晶体尺寸、取向、力学及导热性能。结果表明:随着石墨化温度从2300℃升高到2600℃,纤维的热导率从315 W·m-1·K-1提高到582 W·m-1·K-1,杨氏模量从526 GPa增加到704 GPa,拉伸强度从1.61 GPa提高到2.58 GPa。原因是随着石墨化温度的升高,纤维的石墨微晶尺寸变大,石墨片层沿纤维轴向的择优取向度明显增加,石墨片层的扭曲、交联等微晶缺陷减少。
- 余洋吴晃黄东伍孝叶高明廖超前叶崇
- 关键词：沥青炭纤维石墨化微观结构力学性能导热性能
- 中间相沥青炭纤维增强金属基复合材料研究进展被引量：2
- 2021年
- 中间相沥青炭纤维具有高导热、高模量的优势,既可作为增强体承担载荷,又可作为热传导的载体疏导热量,是一种结构功能一体化的高性能纤维材料。中间相沥青炭纤维增强金属基复合材料与常规炭纤维增强金属基复合材料相比,在保持高比强度、高比模量、低热膨胀系数、耐磨性好等性能特点的同时,还兼具高导热特性,已广泛应用于航空航天及尖端工业等领域。本文综述了中间相沥青炭纤维增强金属基复合材料的组成、预制体结构设计、界面改性方法、制备工艺、材料性能及其应用,并展望了其未来的发展方向。
- 张鹏黄东叶崇刘玲吴晃张福全
- 关键词：金属基复合材料
- 中空氮掺杂沥青基活性炭纤维的结构调控与电化学性能被引量：4
- 2020年
- 以聚乙烯亚胺(PEI)为氮源与乙烯焦油沥青进行复合制备了可纺沥青,通过熔融纺丝、预氧化、炭化和活化制得了具备中空结构的富氮沥青基活性炭纤维(ACF)。利用N2吸附与脱附等温线、XPS、SEM、Mapping等分析技术对所制得的ACF的表面形貌、孔隙结构及表面化学性质进行了表征,并测试了其作为超级电容器电极材料的电化学性能。研究结果表明,PEI在纺丝沥青中的掺入可明显提升ACF的比表面积,改善其孔径分布,增加其表面含氮官能团,从而改善材料表面润湿性,同时PEI在炭化过程中的热分解促使了纤维中空结构的形成,所制得ACF具有中空结构,提高了材料的有效比表面积,进而显著提高其比电容。PEI的掺入量为20%时,合成的可纺沥青所制备的ACF的比表面积高达2756 m^2/g,孔径主要分布在0.7~2 nm,其比电容在电流密度为0.5 A/g时可达314 F/g,远高于未进行氮掺杂的ACF的比电容(194 F/g),显示出较好的电化学性能。
- 乐丹杨建校孙兵石奎朱辉李轩科
- 关键词：沥青活性炭纤维氮掺杂超级电容器
- 离子键型石墨层间化合物及其应用于碱金属离子电池的研究进展
- 2021年
- 离子键型石墨层间化合物(GICs)是一种性能优异的层状材料,因其具有高的电子传导率、较好的热稳定性以及较大的层间空间而广泛应用于储能、催化、吸附、超导等领域。离子键型GICs分为供电子型GICs和受电子型GICs,这两类离子键型GICs的典型代表分别是碱金属-GICs和金属氯化物-GICs。近年来,碱金属/金属氯化物-GICs在二次电池领域不断取得新的应用突破。围绕碱金属(Li,Na,K)-GICs的形成过程和金属氯化物-GICs对碱金属离子(Li^(+),Na^(+),K^(+))的存储机制两个方面进行综述。前者通过比较三种碱金属离子(Li^(+),Na^(+),K^(+))嵌入石墨的插层行为,阐明碱金属客体(Li,Na,K)与石墨宿主之间的相互作用关系。后者通过讨论金属氯化物-GICs应用于碱金属离子(Li^(+),Na^(+),K^(+))电池负极材料领域的优良表现和修饰改性后电化学性能的提高,指出金属氯化物-GICs在储能领域面临的挑战。最后,对离子键型GICs的研究趋势和应用前景进行了展望。
- 柳小玄李铮韩飞刘洪波刘金水
- 关键词：石墨层间化合物碱金属金属氯化物二次电池
- 高导热中间相沥青基碳纤维的氧化行为
- 2023年
- 以自制高导热中间相沥青基碳纤维(CFMP)为研究对象,采用M55J聚丙烯腈基碳纤维作为对照组,研究了CFMP在不同氧化温度和时间下的氧化行为。结果表明:CFMP表现出“外层褶皱辐射+内层洋葱皮”状结构特征,石墨微晶发育程度好,取向度高,发生氧化时氧气分子优先沿着CFMP褶皱辐射状炭织构之间的微裂纹或微孔扩散和反应,形成具有径向裂纹和局部凹坑的氧化特征。在低温氧化阶段,纤维的氧化行为受碳-氧化学反应控制,CFMP石墨微晶的活性位浓度低,所以起始反应温度比M55J高,氧化失重率比M55J低;在高温氧化阶段,纤维的氧化行为受扩散控制,CFMP内部的氧扩散路径多,所以氧化失重率比M55J高;同时氧化造成了CFMP微观缺陷尺寸更大、数量更多,氧化后纤维强度保留率仅为78%,低于M55J的85%。本文为高导热C/C复合材料的结构设计和实际服役提供一定的技术和理论参考。
- 王昊王归周星明樊桢吴晃叶崇张岳峰黄东
- 关键词：高导热微观结构C/C复合材料
- 不同氧化程度的沥青纤维预氧化与炭化行为被引量：3
- 2020年
- 以各向同性沥青纤维(IPPF)和中间相沥青纤维(MPPF)为对象,系统研究了它们在不同升温速率和不同预氧化温度下的预氧化过程。通过元素分析,FT-IR,TG-MS和SEM等手段对预氧化纤维(SFs)和炭纤维(CFs)进行了详细的分析表征,探究了沥青纤维的氧化程度对CFs的结构和力学性能的影响规律。结果表明,慢的升温速率有利于沥青纤维的氧化交联,所得到的CFs具有更高的炭化收率和拉伸强度。同时,IPPF和MPPF在270℃进行预氧化时,所制备对应的CFs具有最高的结构性能。另外,SFs的FT-IR图所计算的R1700/R1600值与其对应CFs的炭化收率和拉伸强度存在着良好的映射关系,可以作为一个评估沥青纤维的氧化程度的有效因子。除此之外,氧化不充足的纤维(I-SFs)在炭化过程中释放大量的H2和CH4,造成所得到的CFs出现空心结构,显示低的拉伸强度,尤其I-IPCF较为明显;过度氧化的纤维(E-SFs)则释放大量的CO和CO2,导致其对应的CFs呈现裂缝结构,特别是E-MPCF。因此,纤维预氧化和炭化行为的深入解析与优化对于提升沥青基炭纤维的性能具有重大的意义。
- 彭元硕杨建校石奎郭建光朱辉李轩科
- 关键词：各向同性沥青中间相沥青沥青纤维预氧化炭纤维
