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功能化微纳米碳材料的制备及其在电分析化学中的应用

功能化微纳米碳材料的制备及其在电分析化学中的应用

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作者：赵露青岛大学

学位级别：硕士

碳基材料由于其成本低、电位窗口宽、化学惰性以及电催化活性优异等特点,被广泛应用于电催化和电分析领域。近些年,由于具有灵敏性高、选择性强、操作简单、成本低、响应快、可现场检测等优点,基于微纳米碳材料的电化学传感技术引起了... 详细信息

碳基材料由于其成本低、电位窗口宽、化学惰性以及电催化活性优异等特点,被广泛应用于电催化和电分析领域。近些年,由于具有灵敏性高、选择性强、操作简单、成本低、响应快、可现场检测等优点,基于微纳米碳材料的电化学传感技术引起了广泛关注。本工作立足于碳纸(CP)和碳纳米管(CNT)等廉价易得的碳材料,通过不同的处理方法对其进行改性或功能化,制备了不同功能化的微纳米级碳基材料,对所制备的碳基材料进行系统表征和分析,并进一步构建了灵敏度高、稳定性好的电化学传感平台。取得的主要结果如下:(1)有序多孔碳纸-铋膜电极用于Pb和Cd的同时电化学检测。采用激光技术处理碳纸可得到有序多孔阵列碳纸,每个微孔均由多层石墨片层包围而成,具有较大的表面积和良好的导电性。在多孔碳纸上原位电镀铋膜,制备了新型碳纸-铋膜电极。通过阳极溶出伏安法定量检测水相中的Cd和Pb,具有良好的灵敏度和稳定性。此外,该电极具有良好的抗干扰能力和重现性。(2)新型碳纸-金纳米颗粒(AuNPs)复合物电极对NADH的电化学检测。用简单的电化学沉积方法在碳纸表面沉积金纳米颗粒,制备了CP-AuNPs复合材料,对其进行了形貌以及电化学表征,并应用于NADH的电化学检测,其表现出良好的灵敏度、较宽的检测范围以及良好的稳定性。(3)基于原子层沉积制备NiO/CNT纳米复合材料,应用于电化学检测儿茶酚和氢醌。利用原子层沉积技术在CNT表面生长氧化镍纳米颗粒,制备了NiO/CNT纳米复合材料,并成功应用于儿茶酚和氢醌的同时电化学测定。与CNT/GCE和GCE相比,NiO/CNT/GCE对儿茶酚和氢醌表现出更高的电催化活性。该修饰电极有较宽的线性范围、较低的检出限、较高的稳定性和较强的抗干扰能力,而且可用于实际水样分析。

关键词：微纳米碳材料碳纸碳纳米管功能化电化学传感

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界面微纳碳材料对聚晶金刚石摩擦磨损性能影响

界面微纳碳材料对聚晶金刚石摩擦磨损性能影响

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作者：李海宇中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

聚晶金刚石是一种广泛应用的超硬钻具材料,以其低摩擦系数、耐磨损、超高硬度、良好韧性等优异性能,在如超深部、外太空等非常规能源勘探领域中具有广阔的应用前景。在实际工程应用中,聚晶金刚石工具需面临各种恶劣工况环境,不可避免的... 详细信息

聚晶金刚石是一种广泛应用的超硬钻具材料,以其低摩擦系数、耐磨损、超高硬度、良好韧性等优异性能,在如超深部、外太空等非常规能源勘探领域中具有广阔的应用前景。在实际工程应用中,聚晶金刚石工具需面临各种恶劣工况环境,不可避免的会产生剧烈摩擦磨损,甚至引发工件的失效。根据文献调研可知,湿度、气氛和真空环境因素对聚晶金刚石的摩擦磨损具有较大的影响。本文通过调控聚晶金刚石材料不同界面条件(微纳米碳材料、湿度、交变氛围、真空度),探究聚晶金刚石与氮化硅材料的摩擦磨损机制。研究结果表明:(1)不同微纳米碳材料/相对湿度复合条件,聚晶金刚石复合片对磨氮化硅球在5%和40%相对湿度条件下时不同微纳米碳材料与空白对照组的摩擦系数区别很小,摩擦系数分别稳定在约0.05和0.11;10%0%相对湿度时在界面间添加洋葱碳后摩擦系数分别约为0.043、0.058和0.085,摩擦系数降低幅度最大,可降低至未添加洋葱碳时二分之一。各湿度下不同微纳米碳材料均可起到降低聚晶金刚石磨损率的作用。在界面间添加洋葱碳后为对磨副提供了大量碳源,在对磨界面形成较厚的碳质转移膜的同时,洋葱碳颗粒也在界面间起到滚动纳米轴承的作用,因此导致了最低的摩擦系数。(2)大气-真空交变氛围条件时,在大气氛围下摩擦生成的彩色碳质转移膜在真空氛围下具有更好的减磨效果,摩擦系数可低至0.03。该转移膜对不同载荷的可承载时间不同,载荷越高,转移膜维持的时间越短,导致稳态低摩擦系数持续的时间也越短。(3)碳洋葱在空气和真空中都具有降低摩擦系数和磨损率的优点。真空氛围下时在摩擦界面间添加洋葱碳有利于在摩擦过程中生成碳质转移膜。在2N载荷下时未添加洋葱碳时摩擦系数从0.2到0.5波动;添加洋葱碳后摩擦系数可从大幅降低至约0.03,磨损也得到大幅减小。真空下摩擦生成的碳质转移膜只能承受较低的载荷。2N载荷添加洋葱碳后下生成的转移膜可以维持长达30分钟低至0.03的摩擦系数,而10N较高载荷下添加洋葱碳后只能维持约4分钟约0.05的较低摩擦系数,随后摩擦系数急剧上升。

关键词：聚晶金刚石界面调控微纳米碳材料摩擦磨损

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功能尼龙6复合材料的制备及性能表征

功能尼龙6复合材料的制备及性能表征

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作者：史青扬州大学

学位级别：硕士

聚酰胺6(PA6)是一种加工性能良好、耐化学性能优的热塑性塑料,可以广泛应用于工程塑料和化纤等领域。但是PA6的弹性模量小,在使用中易变形,且导热耐热性能不好,限制其在机械、电子、建筑、纺织和包装工业等市场领域的应用。本文以微纳... 详细信息

聚酰胺6(PA6)是一种加工性能良好、耐化学性能优的热塑性塑料,可以广泛应用于工程塑料和化纤等领域。但是PA6的弹性模量小,在使用中易变形,且导热耐热性能不好,限制其在机械、电子、建筑、纺织和包装工业等市场领域的应用。本文以微纳米碳材料填充改性尼龙6,研究了不同的微纳米碳材料对尼龙6复合材料的导热及其它功能、性能的影响,同时,也研究了纳米碳材料的组合填充和表面改性对尼龙6织物表面涂层性能的影响。(1)以尼龙6(PA6)为基体,膨胀石墨(EG)和碳纤维(CF)作为导热填料,采用熔融共混法制备了 EG/PA6、CF/PA6和CF/EG/PA6这三种导热复合材料。主要研究当导热填料的填充量固定为40wt%时,CF与EG不同的填充比例对CF与EG两者之间的接触方式以及CF-EG/PA6三元复合材料的导热性和力学性能的影响。结果表明,与单一 CF填充相比,EG的加入有利于复合材料热导率的增加;CF/EG质量比为25/15时的三元复合材料,热导率可以达到2.554 W/(m·K),是纯PA6的8倍,复合材料的拉伸强度提高125.34%,弯曲强度提高119.8%,同时复合材料具有优异的耐热性,热变形温度高于200℃。SEM结果表明,纤维状CF与EG片层在适当的填充比例下可以形成“面接触”的三维网络结构,这种接触方式构成的三维网络结构不仅可以显著增大复合材料的热导率,同时还可明显提高复合材料的力学性能与耐热性能。为研制填充型导热高分子材料提供了一条新思路。(2)利用碳酸钙负载过的石墨烯纳米片与尼龙6共混得石墨烯纳米片/尼龙6母粒,通过熔融纺丝制得石墨烯纳米片含量不同的改性尼龙6纤维。通过SEM、光学显微镜、DSC、纤维强力拉伸仪等对石墨烯改性尼龙6纤维的微观宏观形态、拉伸性能及结晶行为等进行了研究。结果表明:添加了 0.1 wt%GNPs和0.25wt%GNPs的尼龙6纤维表面都光滑平整,0.1 wt%GNPs/PA6和0.25 wt%GNPs/PA6纤维的可纺性好;与纯尼龙6纤维相比,改性尼龙6纤维的结晶温度和结晶度都有所提高;改性尼龙6纤维的断裂伸长率明显提高,拉伸强度稍有下降;并且,GNPs的加入赋予了尼龙6纤维防紫外及抑菌功能,在长波段的紫外透过率降低了约40%,对金黄色葡萄球菌的抑菌率可达99.5%,对肺炎克雷伯菌的抑菌率可达86.3%。(3)使用可自交联的表面改性剂TSiPD对填料进行表面改性,提高石墨烯纳米片和碳纳米管在涂层树脂基体中的分散性与界面相容性。以表面改性的石墨烯纳米片和碳纳米管水性分散液为添加剂,制备有机硅改性丙烯酸纳米复合导热防腐涂层材料。纳米压痕技术测得的界面杨氏模量波动曲线图结果表明,表面改性后的填料能在基体中均匀分散,树脂能包裹填料。涂层的热导率、附着力、防腐性能以及微观结构的测试结果表明,复合涂层的热导率不仅与两种不同维数的导热材料形成的三维网络结构有关,还与填料和涂层基体形成的界面热阻的大小密切相关。填料经表面改性后,9.9 wt%tGNPs+0.1 wt%tCNTs复合涂层的填料垂直方向热导率达到2.9725 W/(m·K),同时涂层附着力等级为0级,并且涂层的防腐性能得到改善。

关键词：尼龙6 微纳米碳材料复合材料导热性能功能纤维防腐性能

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