【摘要】：中間相瀝青作為制備多種高級炭材料的優(yōu)質(zhì)前驅(qū)體,廣泛應(yīng)用于高科技領(lǐng)域,其品質(zhì)在很大程度上決定了中間相炭材料最終產(chǎn)品的性能,因此研究中間相炭材料的形成及其結(jié)構(gòu)(包括微結(jié)構(gòu)與缺陷)具有十分重要的意義。本文以石油瀝青為原料,采用多種定制設(shè)備,包括高溫離心機(jī)及高溫高壓反應(yīng)器,研制不同結(jié)構(gòu)類型的中間相瀝青樣品。并在此基礎(chǔ)上通過高分辨掃描電鏡,偏光顯微鏡輔以先進(jìn)的數(shù)碼成像和分析技術(shù)等手段重點(diǎn)研究了中間相小球間的連接部分以及不同融并狀態(tài)下瀝青中間相的微結(jié)構(gòu),并在探討中間相小球在高溫離心狀態(tài)下融并規(guī)律的同時,對瀝青中間相形成的可石墨化炭材料的微結(jié)構(gòu)及其缺陷做了系統(tǒng)的研究。本文的研究內(nèi)容和主要結(jié)論按章節(jié)分為:1)中間相小球的分離及不同光學(xué)組織結(jié)構(gòu)中間相瀝青的制備研究:以含有中間相小球的石油瀝青為原料,采用高溫離心技術(shù)在不同的操作條件下進(jìn)行分離,探討了瀝青中間相的分離效果以及離心力,溫度等參數(shù)對中間相小球的分離,接觸,融并等行為的影響。研究表明,通過高溫離心技術(shù)可以有效地將中間相瀝青與各向同性瀝青分離,同時在較低的溫度區(qū)間(220~320℃),可制得連接狀態(tài)不同的中間相小球連接體。在較高溫度和較強(qiáng)的離心力(T≥320℃,F≥50G)的條件下,能夠容易獲得中間相含量較高(95%以上)且組織結(jié)構(gòu)相對均勻的中間相瀝青。另外,以320℃離心得到的鑲嵌型中間相瀝青為原料,經(jīng)不同時間和溫度的恒溫處理后可以得到不同結(jié)構(gòu)類型的中間相瀝青樣品,包括鑲嵌型,廣域型,粗流線型,細(xì)流線型等,為后面研究瀝青中間相的缺陷及微結(jié)構(gòu)提供有價值的樣品。此外,探討了不同熱處理?xiàng)l件對最終中間相瀝青結(jié)構(gòu)的影響,即,低溫長時間(300℃,480min)處理可獲得中間相含量100%,軟化點(diǎn)較低且結(jié)構(gòu)均勻的廣域型中間相瀝青;高溫較短時間(400℃,120min)處理可得到中間相含量100%,軟化點(diǎn)較低的結(jié)構(gòu)均勻的粗流線型中間相瀝青;高溫長時間(400℃,480min)得到軟化點(diǎn)較高的細(xì)流線型中間相瀝青。最后針對上面得到的不同組織結(jié)構(gòu)的中間相瀝青的物性,包括軟化點(diǎn),熱穩(wěn)定性,溶解性進(jìn)行了分析表征,探討其內(nèi)在規(guī)律,比如:熱穩(wěn)定性的順序是:細(xì)流線型粗流線型廣域型鑲嵌型。2)中間相小球連接體相關(guān)的微結(jié)構(gòu):較低的離心溫度下(220℃,50G)制得的中間相小球連接狀態(tài)不同的瀝青樣品,通過溶劑抽提、預(yù)氧化、炭化處理,在高分辨掃描電鏡下高倍觀察其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn),此方法能夠清晰地觀察到中間相炭材料樣品的碳層結(jié)構(gòu)(包括單層結(jié)構(gòu))。B-T型中間相小球在剛開始接觸時會以“層層對接”的方式初步連接,若在小球之間的連接點(diǎn)的位置隨機(jī)的情況下,連接角度可以是銳角,直角,鈍角,或是平行,但是相鄰兩球的極軸以及連接點(diǎn)很多情況下會在同一個平面上。此外,進(jìn)一步采用光學(xué)顯微鏡在四種不同的模式(第4章)下,通過動態(tài)原位觀察中間相小球消光紋形狀(或顏色)的變化規(guī)律,進(jìn)一步分析了中間相小球的缺陷結(jié)構(gòu)。研究表明,B-T型中間相小球可以被看作O-O復(fù)合結(jié)構(gòu)(第4章),B-T型小球的極點(diǎn)位置對應(yīng)于O型缺陷的中心,因此提出了確定了B-T型中間相小球的碳層取向的另一種方法。3)瀝青中間相炭材料的微結(jié)構(gòu)的研究:采用高分辨掃描電鏡對不同融并狀態(tài)的中間相炭材料的碳層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)觀察與分析。研究發(fā)現(xiàn):中間相小球在剛接觸時,由于連接的角度、空間位置以及周圍小球數(shù)目不同而形成各種的結(jié)構(gòu)缺陷;主要缺陷包括有數(shù)種旋錯,連接狀態(tài)不同的炭層錯位,彎曲程度不同的碳層“褶皺”,以及碳層內(nèi)部和碳層之間出現(xiàn)的不同程度的“撕裂”、裂縫和空隙;最終文中提出模型示意描述B-T型中間相小球形成中間相瀝青的融并過程。4)中間相內(nèi)部缺陷的光學(xué)顯微研究:最后針對在掃描電鏡直接觀察已知碳層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,采用偏光顯微鏡結(jié)合先進(jìn)數(shù)碼成像技術(shù),進(jìn)一步從光學(xué)顯微角度系統(tǒng)地研究了四種不同光學(xué)組織的中間相瀝青材料。研究發(fā)現(xiàn),瀝青中間相中U/Y復(fù)合結(jié)構(gòu)(第6章)作為缺陷普遍存在,并且不同光學(xué)組織中U/Y復(fù)合結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)的狀態(tài)各不相同,體現(xiàn)在形狀、大小、方向和位置等方面。通過一系列觀察確認(rèn),光學(xué)顯微鏡中顯示的同色區(qū)(Isochromatic area/Domain)基本是由Y型和U型節(jié)點(diǎn)交替相連而形成的封閉區(qū)域,即僅通過對偏光顯微組織的認(rèn)識,可以比較準(zhǔn)確快速地確定區(qū)域附近瀝青中間相的缺陷和碳層結(jié)構(gòu)。
【圖文】：

然后再采用炭化或石墨化的高溫處理而形成不同性質(zhì)的可石墨化的炭材料，其形成過程大致可以分為兩個階段：1）瀝青分子→中間相瀝青，此階段的過程可以通過圖 1.2 的模型來示意，此過程又包括四個階段：瀝青分子→中間相小球（中間相復(fù)球體）→體中間相→半焦；對于瀝青中間相炭材料最終結(jié)構(gòu)的形成細(xì)節(jié)，此模型的描述是比較粗糙的。尤其是中間相小球相互之間的連接和融并所產(chǎn)生的微結(jié)構(gòu)、缺陷等細(xì)節(jié)知之甚少，有關(guān)文獻(xiàn)的報道也非常有限，人們通常是通過偏光顯微鏡的觀察間接進(jìn)行推測。

圖 1.2 中間相形成和發(fā)展的示意圖[80]2）中間相瀝青→中間相炭材料，此階段可以通過圖 1.3 的模型來示意，中間相料經(jīng)過不同溫度（1100-2500℃）的炭化或石墨化熱處理過程，芳烴平面分子的型也沒有詳細(xì)地顯示中間相瀝青形成炭材料的過程中所產(chǎn)生的碳層結(jié)構(gòu)及其缺獻(xiàn)上看到的研究也非常有限，本研究將重點(diǎn)關(guān)注此階段，即從中間相小球開始
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ127.11

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9 王廣軍;楊小鴻;韓筱玉;;進(jìn)行性肌營養(yǎng)不良12例亞微結(jié)構(gòu)改變[A];第四次全國電子顯微學(xué)會議論文摘要集[C];1986年

10 李小燕;蔡江濤;劉國陽;張亞婷;邱介山;周安寧;;氮磷共摻雜介孔-微孔炭材料的制備及其電容性能研究[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第27分會：多孔功能材料[C];2014年

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本文編號：2634163