【摘要】：隱晶質(zhì)石墨作為一種重要的天然石墨類型,石墨尺寸一般在納米級別,具有良好的各向異性、反應(yīng)活性和力學(xué)性能,是制造石墨電極和涂料等產(chǎn)品的重要原材料。由于缺乏隱晶質(zhì)石墨中石墨含量的評價手段,我國每年產(chǎn)出的隱晶質(zhì)石墨約一半被當(dāng)作煤燃料使用,這是對石墨資源的極大浪費;另外,國外許多低品質(zhì)的無煙煤伴生石墨以石墨的形式越過我國的煤炭進口量限制進入我國后作為燃料使用,對我國的煤炭市場形成不必要的沖擊。本文基于拉曼光譜技術(shù),半定量地分析了無煙煤伴生石墨的石墨含量;在此基礎(chǔ)上,采用石墨含量較低的無煙煤伴生石墨制備了類石墨烯片/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,并對復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能進行研究。使用高純石墨和標(biāo)準(zhǔn)無煙煤為原料制備6組石墨含量相對已知的標(biāo)準(zhǔn)樣品,基于激光共聚焦顯微拉曼光譜儀研究了標(biāo)準(zhǔn)樣品的一階拉曼特征信息。從每個樣品不同位置獲取至少15個拉曼峰譜,通過對每個樣品的特征信息數(shù)據(jù)的預(yù)處理,分析了標(biāo)準(zhǔn)樣品的拉曼特征信息與石墨含量間的關(guān)系,結(jié)果表明標(biāo)準(zhǔn)樣品的峰強、峰位置、半峰寬和峰面積等信息的統(tǒng)計數(shù)據(jù)與石墨含量之間表現(xiàn)出一定的對應(yīng)關(guān)系:隨著標(biāo)準(zhǔn)樣品中石墨含量的遞增,D峰與G峰的峰強比,D峰、G峰的半峰寬基本成線性下降趨勢;在一定石墨含量范圍內(nèi),D峰的峰位置呈現(xiàn)出明顯的高波數(shù)方向移動趨勢,G峰的峰位置呈現(xiàn)低波數(shù)方向移動趨勢。由于煤基碳材料一階拉曼光譜中的D峰和G峰往往是多個峰的疊加峰,其峰型較為寬大。基于拉曼光譜儀自帶的WiRE軟件,采用洛倫茲-高斯混合擬合模式對D峰和G峰進行了分峰擬合,在統(tǒng)計數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上研究了D峰面積與D峰和G峰總面積的比值(A_D/(A_D+A_G))隨石墨含量的變化趨勢,發(fā)現(xiàn)其總體呈現(xiàn)出先緩后急的下降趨勢;然后,從每個標(biāo)準(zhǔn)樣品統(tǒng)計數(shù)據(jù)取中位數(shù)及其上下各2個共計5個數(shù)據(jù)求平均值,計為(A_D/(A_D+A_G))平均值,使用二元三次方程擬合(A_D/(A_D+A_G))平均值與石墨含量之間的對應(yīng)關(guān)系,擬合優(yōu)度達到0.9984;以此量化分析無煙煤伴生石墨的石墨含量。以石墨含量相對較低的無煙煤伴生石墨為原料,結(jié)合拉曼光譜技術(shù)和溫度介于500-650℃的低溫?zé)崽幚矸ㄖ苽漕愂┢?并采用拉曼光譜技術(shù)對類石墨烯片的品質(zhì)進行分析,使用品質(zhì)較好的類石墨烯片與環(huán)氧樹脂復(fù)合獲得類石墨烯片/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,對其導(dǎo)熱性能進行研究。拉曼光譜分析結(jié)果表明,600℃制備的類石墨烯片品質(zhì)較佳;復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能與類石墨烯片的添量呈現(xiàn)明顯的對應(yīng)關(guān)系:在類石墨烯片添量在0~20 wt.%范圍,隨著類石墨烯片含量的遞增,復(fù)合材料的的熱擴散系數(shù)和熱導(dǎo)率基本呈線性正相關(guān);在添量為20 wt.%時,復(fù)合材料的熱導(dǎo)率較純環(huán)氧樹脂提高86.2%。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ127.11;TB33
【圖文】：

圖 1.1 煤炭分子的結(jié)構(gòu)碎片單元a:褐煤; b:煤 G 大分子; c:煤 T 大分子; d:無煙煤Figure1.1 Structural fragments of coal macromolecules(a): coal B; (b): coal G; (c): coal T; (d): coalA（Savitskii D P，2017）2無煙煤中的芳香碳縮聚片段在持續(xù)高溫、高壓、高應(yīng)力中的一個或多個因素用下繼續(xù)外擴生長，縮聚片段之間相互鍵合，形成具有微晶尺寸的石墨結(jié)構(gòu)（曹勇，2006），即為無煙煤伴生石墨。無煙煤伴生石墨中微晶石墨的晶粒中往往合著少量無機單質(zhì)或無機化合物，晶粒尺寸和含量與其年代相關(guān)。另外，無煙伴生石墨中除微晶石墨外，還存在一定量的非石墨碳（任瑞晨，2016）。

圖 1.2 拉曼散射機理Figure 1.2 Mechanism of Raman scattering（Das R S and Agrawa Y K，曼散射中入射光子與散射光子間的能量差異用拉曼位移來表示，單1。拉曼位移與分子在能級躍遷過程中發(fā)生的振動、轉(zhuǎn)動引起的分子密切相關(guān)，因此根據(jù)拉曼光譜中的特征出峰位置可以判斷分子出現(xiàn)的振動，繼而判斷該分子是什么物質(zhì)。在特定條件下，同種分子的子的濃度往往成正比，不同分子之間的拉曼峰強與分子的拉曼散射關(guān)。當(dāng)溫度和壓力等條件發(fā)生變化時，分子某些振動被激發(fā)的概率，反映到峰強上也會有所不同。拉曼峰寬往往與物質(zhì)圍觀結(jié)構(gòu)的結(jié)晶度越高峰約窄，結(jié)晶度越低峰越寬，結(jié)晶度不同很可能使整個拉有很大區(qū)別，一般用半峰高位置的峰寬（半峰寬）來衡量整個峰的

材料進行的各種研究一般圍繞碳的結(jié)構(gòu)和成分來進2016）研究了石墨和半石墨的拉曼光譜區(qū)別，他們中挑選出 4 個比較典型的石墨與半石墨樣品，獲取一并與無煙煤的拉曼光譜做對比，如圖 1.3 所示。從圖a）的 D1峰很寬，其低波數(shù)側(cè)的峰肩表明有 D4峰存 D3 峰存在；半石墨（b）不存在 D3峰，卻在 G 峰的同時 D1峰和 G 峰的縫寬明顯變窄；角閃巖相變質(zhì)出 G 峰/D2峰強比大、D2 峰弱的石墨拉曼特征；隨2峰強度繼續(xù)降低（d）；麻粒巖相變質(zhì)樣品（e）的，D1峰也十分微弱。在二階模中，無煙煤（a）顯主要呈現(xiàn)出 S1峰，同時兩側(cè)各存在 1 個峰；角閃巖現(xiàn)出一條低強度的橫帶；在角閃巖麻粒巖相（e）中顯存在，而高波數(shù)側(cè)的峰已十分微弱。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉長青;高秀;;酸堿法提純隱晶質(zhì)石墨的試驗研究[J];煤炭技術(shù);2015年09期

2 任瑞晨;龐鶴;;內(nèi)蒙古某隱晶質(zhì)石墨礦乳化浮選試驗研究[J];非金屬礦;2015年04期

3 趙博;楊永忠;劉麗婷;白斌;張小慶;王崇俠;;拉曼光譜技術(shù)在煤分析中的應(yīng)用進展[J];潔凈煤技術(shù);2015年03期

4 徐秀敏;張玉鈞;何瑩;尤坤;王立明;周毅;高彥偉;劉建國;;基于MATLAB洛倫茲線型非線性擬合算法實現(xiàn)[J];大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報;2015年03期

5 高源;陳國華;;聚合物/石墨烯復(fù)合材料制備研究新進展及其產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀[J];高分子學(xué)報;2014年10期

6 楊麗坤;蒲明峰;;太西無煙煤基石墨制備石墨烯的研究[J];煤炭加工與綜合利用;2013年05期

7 張亞婷;周安寧;張曉欠;邱介山;;以太西無煙煤為前驅(qū)體制備煤基石墨烯的研究[J];煤炭轉(zhuǎn)化;2013年04期

8 劉進衛(wèi);盧都友;嚴生;王建偉;黃世偉;;熱活化對氫氟酸法制備高純石墨的影響[J];炭素技術(shù);2013年04期

9 尹麗文;;世界石墨資源開發(fā)利用現(xiàn)狀[J];國土資源情報;2011年06期

10 史永剛;粟斌;李華峰;龔海峰;梅林;;拉曼光譜及其在石油產(chǎn)品分析中的應(yīng)用[J];現(xiàn)代儀器;2010年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 侯孟婧;基于表面增強拉曼散射效應(yīng)的痕量物質(zhì)半定量與定量分析[D];清華大學(xué);2016年

2 陳晶;基于表面增強拉曼散射（SERS）技術(shù)的化學(xué)、生物傳感系統(tǒng)的設(shè)計、制備及應(yīng)用[D];東北大學(xué);2015年

3 賀秀杰;碳基材料的制備與表征及其電子結(jié)構(gòu)的理論研究[D];山東大學(xué);2014年

4 董學(xué)鋒;拉曼光譜傳遞與定量分析技術(shù)研究及其工業(yè)應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2013年

5 李津蓉;拉曼光譜的數(shù)學(xué)解析及其在定量分析中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2013年

6 史曉鳳;應(yīng)用表面增強拉曼光譜（SERS）分析探測水中多環(huán)芳烴（PAHs）的研究[D];中國海洋大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 張雪娟;基于拉曼散射的海水鹽度測量技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

2 王雅杰;激光共焦拉曼光譜儀測控技術(shù)研究[D];北京理工大學(xué);2016年

3 王金芝;基于顯微共焦拉曼譜的原油指紋特征研究[D];大連海事大學(xué);2013年

4 周秀軍;基于拉曼光譜的食用植物油定性鑒別與定量分析[D];浙江大學(xué);2013年

5 徐軍;長焰煤和無煙煤改性及配煤煉焦優(yōu)化研究[D];重慶大學(xué);2012年

6 馬娜;激光顯微拉曼光譜儀的研究[D];西安電子科技大學(xué);2007年

7 覃旭松;基于拉曼光譜的汽油辛烷值測定方法[D];浙江大學(xué);2004年

本文編號：2763080