本文關鍵詞：碳纖維表面涂層原位生長及產物性能表征研究

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【摘要】：碳纖維由于其優(yōu)異的機械性能、化學穩(wěn)定性和廣泛用途受到了大量的關注,現(xiàn)在,越來越多的人們開始關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”方法,對傳統(tǒng)電化學方法進行了適當?shù)母倪M,詳細研究了實驗過程中的參數(shù)變化對實驗結果的系列影響。該工藝裝置中,仍沿用傳統(tǒng)的電化學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極板之間,在反應進行過程中充當加熱源,同時也作為涂層原位生長的基體。而電解液除了提供反應源以外也充當了冷卻介質,同時隔絕空氣,防止碳纖維高溫氧化。本文的研究內容主要包括以下三點：(1)通過新型“電化學”裝置在碳纖維表面原位長出具有納米片層結構的銳鈦礦TiO2。本文結合生成物的SEM照片和Raman結果,進一步深入探索了工藝參數(shù)(反應時間,電壓大小和電解液種類)對生成物形貌和結晶形態(tài)的影響,實現(xiàn)了工藝條件的優(yōu)化。研究結果表明,在一定范圍內,適當延長反應時間、提高電壓大小、增加電解液濃度有利于促進結晶和片狀結構TiO2的生成。(2)通過新型“電化學”裝置在碳纖維表面原位長出無定形的SiO2納米線。利用該反應裝置,在10s的反應時間內即可在碳纖維表面原位生成長度約為5-10μm,直徑不超過100 nm的均勻納米線。實驗進一步探索了工藝參數(shù)(電流強度、反應時間、電解液濃度和預處理亞鐵離子的加入)對生成物狀態(tài)的影響,實現(xiàn)了工藝條件的優(yōu)化。此外,用該方法制得的無定形SiO2納米線具有較強的藍光發(fā)光性能,在260 nm的激發(fā)波長下,在403 nm和465 nm處具有較強的藍光發(fā)光特性。(3)結合SiO2納米線隨反應參數(shù)的變化與實驗的獨特設計,提出碳纖維表面SiO2納米線原位生長的機理。當在裝置兩端加以合適電壓時,碳纖維迅速升溫,從里到外形成負溫度場。在這個溫度場中,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溫度梯度。當條件合適時,裂解的SiO2將以一維形態(tài)生長。顯然,該方法具有低溫無毒,操作簡單,成本低和實驗周期短等優(yōu)勢。該方法在化合物涂層生長方面具有廣闊的應用前景,通過調節(jié)電解液組分,還可以在碳纖維表面原位生成各種氧化物。
【關鍵詞】：碳纖維 負溫度梯度 SiO_2 TiO_2
【學位授予單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 本論文的研究內容19-20
• 第2章 實驗方法及基本原理20-24
• 2.1 實驗方法及基本原理簡介20-21
• 2.1.1 實驗裝置20-21
• 2.1.2 原理簡述21
• 2.2 實驗試劑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涂層的原位生長與工藝優(yōu)化24-39
• 3.1 前言24-25
• 3.2 TiO_2涂層的“電化學”制備25-27
• 3.2.1 實驗試劑25-26
• 3.2.2 實驗條件26
• 3.2.3 電解液配置26
• 3.2.4 碳纖維預處理26
• 3.2.5 “電化學”制備26-27
• 3.2.6 樣品后期處理27
• 3.3 結果與討論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 反應時間對涂層生長的影響32-34
• 3.3.3 電壓大小對涂層生長的影響34-36
• 3.3.4 電解液組分比例對涂層生長的影響36-37
• 3.4 本章小結37-39
• 第4章 SiO_2納米線的原位生長與工藝優(yōu)化39-56
• 4.1 引言39-40
• 4.2 SiO_2納米線的“電化學”制備40-42
• 4.2.1 實驗試劑40-41
• 4.2.2 實驗條件41
• 4.2.3 碳纖維預處理41
• 4.2.4 電解液配置41
• 4.2.5 “電化學”制備41-42
• 4.2.6 樣品后期處理42
• 4.3 結果與討論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納米線生長的發(fā)光性能解析48-49
• 4.3.3 反應時間對納米線生長的影響49-50
• 4.3.4 電流強度對納米線生長的影響50-51
• 4.3.5 電解液組分比例對納米線生長的影響51-52
• 4.3.6 預處理對納米線生長的影響52-53
• 4.4 SiO_2納米線的生長機理53-55
• 4.5 本章小結55-56
• 第5章 結論與展望56-58
• 參考文獻58-67
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果67-68
• 致謝68

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