碳纤维表面涂层原位生长及产物性能表征研究

发布时间：2017-08-23 02:22

  本文关键词：碳纤维表面涂层原位生长及产物性能表征研究

  更多相关文章： 碳纤维 负温度梯度 SiO_2 TiO_2

【摘要】：碳纤维由于其优异的机械性能、化学稳定性和广泛用途受到了大量的关注,现在,越来越多的人们开始关注它的表面处理和改性研究。本文,我们提出了一种新型“电化学”方法,对传统电化学方法进行了适当的改进,详细研究了实验过程中的参数变化对实验结果的系列影响。该工艺装置中,仍沿用传统的电化学方法中的极板和电解液,创新之处在于我们将碳纤维连接在两个极板之间,在反应进行过程中充当加热源,同时也作为涂层原位生长的基体。而电解液除了提供反应源以外也充当了冷却介质,同时隔绝空气,防止碳纤维高温氧化。本文的研究内容主要包括以下三点：(1)通过新型“电化学”装置在碳纤维表面原位长出具有纳米片层结构的锐钛矿TiO2。本文结合生成物的SEM照片和Raman结果,进一步深入探索了工艺参数(反应时间,电压大小和电解液种类)对生成物形貌和结晶形态的影响,实现了工艺条件的优化。研究结果表明,在一定范围内,适当延长反应时间、提高电压大小、增加电解液浓度有利于促进结晶和片状结构TiO2的生成。(2)通过新型“电化学”装置在碳纤维表面原位长出无定形的SiO2纳米线。利用该反应装置,在10s的反应时间内即可在碳纤维表面原位生成长度约为5-10μm,直径不超过100 nm的均匀纳米线。实验进一步探索了工艺参数(电流强度、反应时间、电解液浓度和预处理亚铁离子的加入)对生成物状态的影响,实现了工艺条件的优化。此外,用该方法制得的无定形SiO2纳米线具有较强的蓝光发光性能,在260 nm的激发波长下,在403 nm和465 nm处具有较强的蓝光发光特性。(3)结合SiO2纳米线随反应参数的变化与实验的独特设计,提出碳纤维表面SiO2纳米线原位生长的机理。当在装置两端加以合适电压时,碳纤维迅速升温,从里到外形成负温度场。在这个温度场中,碳纤维处于白炽化,周围电解液处于室温环境,因此将形成巨大的负温度梯度。当条件合适时,裂解的SiO2将以一维形态生长。显然,该方法具有低温无毒,操作简单,成本低和实验周期短等优势。该方法在化合物涂层生长方面具有广阔的应用前景,通过调节电解液组分,还可以在碳纤维表面原位生成各种氧化物。
【关键词】：碳纤维 负温度梯度 SiO_2 TiO_2
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ342.742;TB306
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 碳纤维的性能及应用10-11
• 1.2 碳纤维的表面特性11-12
• 1.3 碳纤维表面氧化处理12-14
• 1.3.1 气相氧化法12-13
• 1.3.2 液相氧化法13
• 1.3.3 电化学氧化法13-14
• 1.4 碳纤维表面涂层制备14-18
• 1.4.1 气相沉积法15
• 1.4.2 熔盐法15-16
• 1.4.3 化学镀法16
• 1.4.4 溶胶-凝胶法16
• 1.4.5 水热与溶剂热法16-17
• 1.4.6 浸渍法17
• 1.4.7 电化学处理工艺17-18
• 1.5 碳纤维表面等离子体处理18
• 1.6 研究的目的和意义18-19
• 1.7 本论文的研究内容19-20
• 第2章 实验方法及基本原理20-24
• 2.1 实验方法及基本原理简介20-21
• 2.1.1 实验装置20-21
• 2.1.2 原理简述21
• 2.2 实验试剂21-22
• 2.3 其他常规仪器22
• 2.4 分析表征仪器22-24
• 第3章 碳纤维表面TiO_2涂层的原位生长与工艺优化24-39
• 3.1 前言24-25
• 3.2 TiO_2涂层的“电化学”制备25-27
• 3.2.1 实验试剂25-26
• 3.2.2 实验条件26
• 3.2.3 电解液配置26
• 3.2.4 碳纤维预处理26
• 3.2.5 “电化学”制备26-27
• 3.2.6 样品后期处理27
• 3.3 结果与讨论27-37
• 3.3.1 碳纤维表面涂层的形成及成分分析27-32
• 3.3.2 反应时间对涂层生长的影响32-34
• 3.3.3 电压大小对涂层生长的影响34-36
• 3.3.4 电解液组分比例对涂层生长的影响36-37
• 3.4 本章小结37-39
• 第4章 SiO_2纳米线的原位生长与工艺优化39-56
• 4.1 引言39-40
• 4.2 SiO_2纳米线的“电化学”制备40-42
• 4.2.1 实验试剂40-41
• 4.2.2 实验条件41
• 4.2.3 碳纤维预处理41
• 4.2.4 电解液配置41
• 4.2.5 “电化学”制备41-42
• 4.2.6 样品后期处理42
• 4.3 结果与讨论42-53
• 4.3.1 碳纤维表面纳米线的形成及成分分析42-48
• 4.3.2 SiO_2纳米线生长的发光性能解析48-49
• 4.3.3 反应时间对纳米线生长的影响49-50
• 4.3.4 电流强度对纳米线生长的影响50-51
• 4.3.5 电解液组分比例对纳米线生长的影响51-52
• 4.3.6 预处理对纳米线生长的影响52-53
• 4.4 SiO_2纳米线的生长机理53-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第5章 结论与展望56-58
• 参考文献58-67
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果67-68
• 致谢68

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本文编号：722446