本文關(guān)鍵詞：碳纖維表面涂層原位生長(zhǎng)及產(chǎn)物性能表征研究

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【摘要】：碳纖維由于其優(yōu)異的機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性和廣泛用途受到了大量的關(guān)注,現(xiàn)在,越來(lái)越多的人們開(kāi)始關(guān)注它的表面處理和改性研究。本文,我們提出了一種新型“電化學(xué)”方法,對(duì)傳統(tǒng)電化學(xué)方法進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn),詳細(xì)研究了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的參數(shù)變化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的系列影響。該工藝裝置中,仍沿用傳統(tǒng)的電化學(xué)方法中的極板和電解液,創(chuàng)新之處在于我們將碳纖維連接在兩個(gè)極板之間,在反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中充當(dāng)加熱源,同時(shí)也作為涂層原位生長(zhǎng)的基體。而電解液除了提供反應(yīng)源以外也充當(dāng)了冷卻介質(zhì),同時(shí)隔絕空氣,防止碳纖維高溫氧化。本文的研究?jī)?nèi)容主要包括以下三點(diǎn)：(1)通過(guò)新型“電化學(xué)”裝置在碳纖維表面原位長(zhǎng)出具有納米片層結(jié)構(gòu)的銳鈦礦TiO2。本文結(jié)合生成物的SEM照片和Raman結(jié)果,進(jìn)一步深入探索了工藝參數(shù)(反應(yīng)時(shí)間,電壓大小和電解液種類)對(duì)生成物形貌和結(jié)晶形態(tài)的影響,實(shí)現(xiàn)了工藝條件的優(yōu)化。研究結(jié)果表明,在一定范圍內(nèi),適當(dāng)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間、提高電壓大小、增加電解液濃度有利于促進(jìn)結(jié)晶和片狀結(jié)構(gòu)TiO2的生成。(2)通過(guò)新型“電化學(xué)”裝置在碳纖維表面原位長(zhǎng)出無(wú)定形的SiO2納米線。利用該反應(yīng)裝置,在10s的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)即可在碳纖維表面原位生成長(zhǎng)度約為5-10μm,直徑不超過(guò)100 nm的均勻納米線。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探索了工藝參數(shù)(電流強(qiáng)度、反應(yīng)時(shí)間、電解液濃度和預(yù)處理亞鐵離子的加入)對(duì)生成物狀態(tài)的影響,實(shí)現(xiàn)了工藝條件的優(yōu)化。此外,用該方法制得的無(wú)定形SiO2納米線具有較強(qiáng)的藍(lán)光發(fā)光性能,在260 nm的激發(fā)波長(zhǎng)下,在403 nm和465 nm處具有較強(qiáng)的藍(lán)光發(fā)光特性。(3)結(jié)合SiO2納米線隨反應(yīng)參數(shù)的變化與實(shí)驗(yàn)的獨(dú)特設(shè)計(jì),提出碳纖維表面SiO2納米線原位生長(zhǎng)的機(jī)理。當(dāng)在裝置兩端加以合適電壓時(shí),碳纖維迅速升溫,從里到外形成負(fù)溫度場(chǎng)。在這個(gè)溫度場(chǎng)中,碳纖維處于白熾化,周圍電解液處于室溫環(huán)境,因此將形成巨大的負(fù)溫度梯度。當(dāng)條件合適時(shí),裂解的SiO2將以一維形態(tài)生長(zhǎng)。顯然,該方法具有低溫?zé)o毒,操作簡(jiǎn)單,成本低和實(shí)驗(yàn)周期短等優(yōu)勢(shì)。該方法在化合物涂層生長(zhǎng)方面具有廣闊的應(yīng)用前景,通過(guò)調(diào)節(jié)電解液組分,還可以在碳纖維表面原位生成各種氧化物。
【關(guān)鍵詞】：碳纖維 負(fù)溫度梯度 SiO_2 TiO_2
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ342.742;TB306
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 碳纖維的性能及應(yīng)用10-11
• 1.2 碳纖維的表面特性11-12
• 1.3 碳纖維表面氧化處理12-14
• 1.3.1 氣相氧化法12-13
• 1.3.2 液相氧化法13
• 1.3.3 電化學(xué)氧化法13-14
• 1.4 碳纖維表面涂層制備14-18
• 1.4.1 氣相沉積法15
• 1.4.2 熔鹽法15-16
• 1.4.3 化學(xué)鍍法16
• 1.4.4 溶膠-凝膠法16
• 1.4.5 水熱與溶劑熱法16-17
• 1.4.6 浸漬法17
• 1.4.7 電化學(xué)處理工藝17-18
• 1.5 碳纖維表面等離子體處理18
• 1.6 研究的目的和意義18-19
• 1.7 本論文的研究?jī)?nèi)容19-20
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法及基本原理20-24
• 2.1 實(shí)驗(yàn)方法及基本原理簡(jiǎn)介20-21
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置20-21
• 2.1.2 原理簡(jiǎn)述21
• 2.2 實(shí)驗(yàn)試劑21-22
• 2.3 其他常規(guī)儀器22
• 2.4 分析表征儀器22-24
• 第3章 碳纖維表面TiO_2涂層的原位生長(zhǎng)與工藝優(yōu)化24-39
• 3.1 前言24-25
• 3.2 TiO_2涂層的“電化學(xué)”制備25-27
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑25-26
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)條件26
• 3.2.3 電解液配置26
• 3.2.4 碳纖維預(yù)處理26
• 3.2.5 “電化學(xué)”制備26-27
• 3.2.6 樣品后期處理27
• 3.3 結(jié)果與討論27-37
• 3.3.1 碳纖維表面涂層的形成及成分分析27-32
• 3.3.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)涂層生長(zhǎng)的影響32-34
• 3.3.3 電壓大小對(duì)涂層生長(zhǎng)的影響34-36
• 3.3.4 電解液組分比例對(duì)涂層生長(zhǎng)的影響36-37
• 3.4 本章小結(jié)37-39
• 第4章 SiO_2納米線的原位生長(zhǎng)與工藝優(yōu)化39-56
• 4.1 引言39-40
• 4.2 SiO_2納米線的“電化學(xué)”制備40-42
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑40-41
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)條件41
• 4.2.3 碳纖維預(yù)處理41
• 4.2.4 電解液配置41
• 4.2.5 “電化學(xué)”制備41-42
• 4.2.6 樣品后期處理42
• 4.3 結(jié)果與討論42-53
• 4.3.1 碳纖維表面納米線的形成及成分分析42-48
• 4.3.2 SiO_2納米線生長(zhǎng)的發(fā)光性能解析48-49
• 4.3.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)納米線生長(zhǎng)的影響49-50
• 4.3.4 電流強(qiáng)度對(duì)納米線生長(zhǎng)的影響50-51
• 4.3.5 電解液組分比例對(duì)納米線生長(zhǎng)的影響51-52
• 4.3.6 預(yù)處理對(duì)納米線生長(zhǎng)的影響52-53
• 4.4 SiO_2納米線的生長(zhǎng)機(jī)理53-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第5章 結(jié)論與展望56-58
• 參考文獻(xiàn)58-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果67-68
• 致謝68

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