熔盐电解碳化钛制备钛镍合金与碳化钛衍生碳的研究
发布时间：2021-04-04 02:51
随着纳米材料研究与应用地迅速发展,作为多用途的新型功能的碳材料备受关注,其中碳化物衍生碳（Carbide-derived carbon,简称CDC）是以碳化物为前驱体,设法去除晶格中的非碳原子,剩下骨架碳结构,进而得到新型的碳材料。并且通过选择合适碳前驱体、合理的制备条件,几乎可以得到碳的所有同素异形体及所有组织结构。镍钛合金是一种形状记忆合金,而形状记忆合金是能够将自身的塑性变形在某一特定温度下自行恢复为原始形状的特种合金。本论文通过熔盐电解的方法,在熔盐体系KCl-NaCl-xNiCl2中,以碳化钛为原料制备钛镍合金和碳化钛衍生碳。然后利用X-射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱（EDS）表征分析阴极产物的组成和形貌,利用XRD、SEM、热重-差热分析（TG-DSC）、拉曼（Raman）、红外（IR）和透射电子显微镜（TEM）等手段表征分析阳极产物的组成和形貌,最后通过倍率充放电对CDC的储锂性能进行初步研究。结果表明:阴极产物为Ti-Ni合金,其中钛镍合金中镍的成分随着熔盐体系中NiCl2的含量增加而增加。阳极产物为碳化钛衍生碳,其结构多样化,主要有无定型碳和石墨化...
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１新型能源Ｗ??Ｆｉｇ．?１．１?Ｎｅｗ?ｅｎｅｒｇｙ??众所周知，电极材料对电池性能起决定性作用
ＳａｓｃｈａＷｅｌｚ等人＿研究了ＳｉＣ－ＣＤＣ的结构，研宄表明：衍生碳存在形式多样性，有晶态??和非晶态结构，致密和多孔结构，ｓｐ２和ｓｐ３杂化形态，薄膜、颗粒、纳米管及纤维等多??种形态。它们在ＣＤＣ中分布对其汉化版如图１．３所示。??多壁碳纳米管??纳米晶石墨?纳＃?＆金：刚石??无定關??Ｗ＾／ＣＤＣ???＼?■ｓ＝＞＜ｓｓ＞ｑｇ＞?／???图１．３碳化硅衍生碳中各结构的分布Ｍ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ＳｉＣ－ＣＤＣ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｔｍｃｔｕｒｅｓ??随后，Ｖｌａｄｉｓｌａｖ?Ｉｓｃｈｅｎｋｏ等人＿又对碳化硅的微观结构及杂质对ＳｉＣ－ＣＤＣ相变的??影响做了进一步研宄。研究表明：高纯的碳化桂片同ＣＩ２－Ｈ２混合气反应只生成无定形碳；??而含有Ｂ、Ｃ等杂质的碳化硅片同Ｃｌ２－Ｈ２混合气反应会生成石墨状碳和纳米金刚石。??１．４．３碳化物衍生碳的应用??碳化物衍生碳高的比表面积，可控的孔隙率和孔径分布，以及多样的结构特征，这??些特征使其在很多领域有着广泛的潜在用途。除了做传统的吸附剂外，还可以应用于储??氢、储锂、储能、摩擦涂层以及催化剂载体等。??１．４．３．１蛋白质吸附??碳化物衍生碳材料具有丰富的微孔，足够高的比表面积，并具有很好的生物相容性，??非常适合应用于蛋白质等大分子的吸附。随着工业的高速发展，工业污水随处可见，并??且有些污水是有毒的，对环境是有危害的。然而当这些污水进入我们水资源吋，会对我??－１１?－??
电池充电时，锂离子从正极材料脱出，进入电解液移向负极，在负极上锂离子获得??一个电子被还原，然后嵌入负极材料，同时，电子通过外电路从负极流向正极进行电荷??补偿；电池放电时即相反。锂离子电池工作原理如图１．６：??（＾５）?一?Ｌｏａｄ???｜｜?ＩｘＣＵｆＭＭ?Ｐ：＿＾???Ａｎｏｄ．?ｎ?１?Ｃａｔｈｏｄｅ?Ａｎｏｃｔｅ?ｎ?Ｓ＾ｒａ，〇ｒ?ｎ?Ｃａｔｈｏｄｅ??ｉ?邊⑩＃碜?＾磉?＃０?ｍ?ｔｒ—??口ｎｗｎ?Ｍ?｜?｜?择：冗题ｇ：ｐ〇?］?ｎ找Ｔ．ｚｒｍｉ?｜??ｅｅｅ？？－ｅｎ?ｍ％?ｍ?？?？？？？??■ｍｍ?＃?ｍ??－?）?［＿ｍ：二ｓ?ｉ?ｄｎｓ微?１??ｍ％?ｔｔ＃?？ｅｅ＿ｅ？－?ｅｅｅｅ??〇／?｜?Ｉ?Ｕ??Ｕｔｈｋｉｍｌｏｎ?／?＼Ｂｌｅｃｔｒｏ！ｙｌｅ?Ｕｔｈｈｉｔｎｉｍ?／?Ｂｌｅｃｔｒｏｆｙｔｅ??图丨．６锂离子电池Ｔ作原理不意图［７９】??Ｆｉｇ．?１．６?Ｔｈｅ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?Ｌｉ－ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ??以锂－二氧化锰电池为例，正极为锂片，负极为二氧化锰，电解质为溶于碳酸丙烯??酯和丨、２—二甲氧基乙烷混合剂中的无机盐高氯酸锂。化学方程式如
【参考文献】：
期刊论文
[1]大变形金属钛的微观结构和力学性能[J]. 周正存,方红梅,杜洁,张义平,杨洪,严勇健,顾苏怡,杨登科. 材料热处理学报. 2014(11)
[2]《BP世界能源统计年鉴（2013版）》发布[J]. 煤化工. 2013(04)
[3]镍钛形状记忆合金管滚珠热旋压成形数值模拟[J]. 陆鹏,赵亚楠,张艳秋,江树勇,李春峰. 应用科技. 2013(04)
[4]镍钛合金抗腐蚀性研究[J]. 黄昌红. 科技创新与应用. 2013(01)
[5]镍钛合金记忆弓齿钉在粉碎性肩胛骨骨折治疗中的应用[J]. 章云童,张春才,付青格,王攀峰,刘欣伟,汤洋,张欣. 中华创伤骨科杂志. 2012 (07)
[6]热压烧结镍钛合金的微观结构与力学性能[J]. 李婧,杨海林,阮建明,节云峰. 中南大学学报(自然科学版). 2012(05)
[7]一种新型碳材料——碳化物衍生碳的研究进展[J]. 张瑞军,周斌. 燕山大学学报. 2011(04)
[8]口腔医用镍钛合金高级氧化法改性的离子析出量研究[J]. 殷丽华,余占海,马昕,陈光. 口腔医学研究. 2011(01)
[9]封堵器材料特征及与宿主的生物相容性[J]. 吴顺芬,陈刚. 中国组织工程研究与临床康复. 2010(29)
[10]正畸温控型镍钛合金弓丝的实验研究进展[J]. 吕海燕,葛红珊. 江西医学院学报. 2009(08)
硕士论文
[1]能源消费结构对我国能源安全影响力研究[D]. 尹嘉慧.天津商业大学 2014
[2]水系碳基超级电容器的制备与性能研究[D]. 陈日雄.南华大学 2012
[3]熔盐电解法分离钆、铕及制备铝钆钐与镁锂基合金的研究[D]. 于晓峰.哈尔滨工程大学 2012
[4]锂离子电池锡基合金负极材料研究[D]. 宋承鹏.天津大学 2007
本文编号：3117591
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１新型能源Ｗ??Ｆｉｇ．?１．１?Ｎｅｗ?ｅｎｅｒｇｙ??众所周知，电极材料对电池性能起决定性作用
ＳａｓｃｈａＷｅｌｚ等人＿研究了ＳｉＣ－ＣＤＣ的结构，研宄表明：衍生碳存在形式多样性，有晶态??和非晶态结构，致密和多孔结构，ｓｐ２和ｓｐ３杂化形态，薄膜、颗粒、纳米管及纤维等多??种形态。它们在ＣＤＣ中分布对其汉化版如图１．３所示。??多壁碳纳米管??纳米晶石墨?纳＃?＆金：刚石??无定關??Ｗ＾／ＣＤＣ???＼?■ｓ＝＞＜ｓｓ＞ｑｇ＞?／???图１．３碳化硅衍生碳中各结构的分布Ｍ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ＳｉＣ－ＣＤＣ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｔｍｃｔｕｒｅｓ??随后，Ｖｌａｄｉｓｌａｖ?Ｉｓｃｈｅｎｋｏ等人＿又对碳化硅的微观结构及杂质对ＳｉＣ－ＣＤＣ相变的??影响做了进一步研宄。研究表明：高纯的碳化桂片同ＣＩ２－Ｈ２混合气反应只生成无定形碳；??而含有Ｂ、Ｃ等杂质的碳化硅片同Ｃｌ２－Ｈ２混合气反应会生成石墨状碳和纳米金刚石。??１．４．３碳化物衍生碳的应用??碳化物衍生碳高的比表面积，可控的孔隙率和孔径分布，以及多样的结构特征，这??些特征使其在很多领域有着广泛的潜在用途。除了做传统的吸附剂外，还可以应用于储??氢、储锂、储能、摩擦涂层以及催化剂载体等。??１．４．３．１蛋白质吸附??碳化物衍生碳材料具有丰富的微孔，足够高的比表面积，并具有很好的生物相容性，??非常适合应用于蛋白质等大分子的吸附。随着工业的高速发展，工业污水随处可见，并??且有些污水是有毒的，对环境是有危害的。然而当这些污水进入我们水资源吋，会对我??－１１?－??
电池充电时，锂离子从正极材料脱出，进入电解液移向负极，在负极上锂离子获得??一个电子被还原，然后嵌入负极材料，同时，电子通过外电路从负极流向正极进行电荷??补偿；电池放电时即相反。锂离子电池工作原理如图１．６：??（＾５）?一?Ｌｏａｄ???｜｜?ＩｘＣＵｆＭＭ?Ｐ：＿＾???Ａｎｏｄ．?ｎ?１?Ｃａｔｈｏｄｅ?Ａｎｏｃｔｅ?ｎ?Ｓ＾ｒａ，〇ｒ?ｎ?Ｃａｔｈｏｄｅ??ｉ?邊⑩＃碜?＾磉?＃０?ｍ?ｔｒ—??口ｎｗｎ?Ｍ?｜?｜?择：冗题ｇ：ｐ〇?］?ｎ找Ｔ．ｚｒｍｉ?｜??ｅｅｅ？？－ｅｎ?ｍ％?ｍ?？?？？？？??■ｍｍ?＃?ｍ??－?）?［＿ｍ：二ｓ?ｉ?ｄｎｓ微?１??ｍ％?ｔｔ＃?？ｅｅ＿ｅ？－?ｅｅｅｅ??〇／?｜?Ｉ?Ｕ??Ｕｔｈｋｉｍｌｏｎ?／?＼Ｂｌｅｃｔｒｏ！ｙｌｅ?Ｕｔｈｈｉｔｎｉｍ?／?Ｂｌｅｃｔｒｏｆｙｔｅ??图丨．６锂离子电池Ｔ作原理不意图［７９】??Ｆｉｇ．?１．６?Ｔｈｅ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?Ｌｉ－ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ??以锂－二氧化锰电池为例，正极为锂片，负极为二氧化锰，电解质为溶于碳酸丙烯??酯和丨、２—二甲氧基乙烷混合剂中的无机盐高氯酸锂。化学方程式如
【参考文献】：
期刊论文
[1]大变形金属钛的微观结构和力学性能[J]. 周正存,方红梅,杜洁,张义平,杨洪,严勇健,顾苏怡,杨登科. 材料热处理学报. 2014(11)
[2]《BP世界能源统计年鉴（2013版）》发布[J]. 煤化工. 2013(04)
[3]镍钛形状记忆合金管滚珠热旋压成形数值模拟[J]. 陆鹏,赵亚楠,张艳秋,江树勇,李春峰. 应用科技. 2013(04)
[4]镍钛合金抗腐蚀性研究[J]. 黄昌红. 科技创新与应用. 2013(01)
[5]镍钛合金记忆弓齿钉在粉碎性肩胛骨骨折治疗中的应用[J]. 章云童,张春才,付青格,王攀峰,刘欣伟,汤洋,张欣. 中华创伤骨科杂志. 2012 (07)
[6]热压烧结镍钛合金的微观结构与力学性能[J]. 李婧,杨海林,阮建明,节云峰. 中南大学学报(自然科学版). 2012(05)
[7]一种新型碳材料——碳化物衍生碳的研究进展[J]. 张瑞军,周斌. 燕山大学学报. 2011(04)
[8]口腔医用镍钛合金高级氧化法改性的离子析出量研究[J]. 殷丽华,余占海,马昕,陈光. 口腔医学研究. 2011(01)
[9]封堵器材料特征及与宿主的生物相容性[J]. 吴顺芬,陈刚. 中国组织工程研究与临床康复. 2010(29)
[10]正畸温控型镍钛合金弓丝的实验研究进展[J]. 吕海燕,葛红珊. 江西医学院学报. 2009(08)
硕士论文
[1]能源消费结构对我国能源安全影响力研究[D]. 尹嘉慧.天津商业大学 2014
[2]水系碳基超级电容器的制备与性能研究[D]. 陈日雄.南华大学 2012
[3]熔盐电解法分离钆、铕及制备铝钆钐与镁锂基合金的研究[D]. 于晓峰.哈尔滨工程大学 2012
[4]锂离子电池锡基合金负极材料研究[D]. 宋承鹏.天津大学 2007
本文编号：3117591
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