生物遺態(tài)多孔炭制備及其孔表面功能化修飾.pdf

1、木材從微觀到宏觀尺度都表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)和性能的各向異性。它具有復(fù)雜的層級(jí)結(jié)構(gòu)，其連通的細(xì)胞孔洞，使得木材在低密度的同時(shí)具有較高的強(qiáng)度、好的韌性、彈性以及抵抗破壞的能力。以木材作為模板或者基體，通過一定的制備手段將其轉(zhuǎn)化成具有宏觀有序多孔的結(jié)構(gòu)或功能材料，已成為新型生物遺態(tài)材料研究的熱點(diǎn)。本文以木材為研究對(duì)象，通過惰性氣氛下可控炭化得到保留其生物遺態(tài)的多孔炭材料，并對(duì)這種多孔炭表面進(jìn)行了功能化修飾。 較系統(tǒng)地研究了三種典型木材(松木，椴

2、木，白楊木)和楠竹的顯微形貌以及不同溫度炭化下孔隙率和密度的變化規(guī)律。用FTIR、Raman、XPS、XRD等手段重點(diǎn)研究了松木的炭化過程，用TG-DTG考察了其在空氣中的抗氧化性能。結(jié)果表明：不同種類木材具有不同的孔徑形狀和尺寸分布，隨著炭化溫度的升高，多孔炭的密度降低，氣孔率升高。松木在惰性氣氛下炭化，在不同炭化溫度階段具有不同的表面態(tài)。松木在空氣中的氧化起始于約400℃，到528℃時(shí)氧化速率最大，588℃時(shí)氧化基本結(jié)束，氧化過程表

3、現(xiàn)出“自加速”的特性。 采用有機(jī)前驅(qū)體浸漬-裂解技術(shù)(PIP)，將聚碳硅烷(PCS)在多孔炭孔內(nèi)沉積裂解，通過控制PCS的濃度和PIP循環(huán)次數(shù)，制備出孔徑可控的SiC/多孔炭復(fù)合材料。PCS通過PIP之后在多孔炭表面形成無定形的SiC層；SiC與多孔炭界面呈梯度變化，結(jié)合良好。隨著PIP次數(shù)的增加，多孔炭孔洞逐漸被SiC填充，復(fù)合材料的比表面呈指數(shù)下降，其力學(xué)性能先升高而后降低。在PIP循環(huán)5次時(shí)，徑向抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大，為56.

4、7MPa，循環(huán)6次時(shí)，軸向抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大，為17.0MPa。SiC組分的加入使得材料的起始氧化溫度提高了約150℃。 用水熱溶劑法在多孔炭的孔表面進(jìn)行了ZnO修飾的探索性工作。研究了不同反應(yīng)時(shí)間，溶液濃度和不同表面處理方式對(duì)ZnO成核生長(zhǎng)及其形貌的影響。結(jié)果表明：溶液中水熱生長(zhǎng)4-32h可得到形貌規(guī)整的微米纖鋅礦晶體，反應(yīng)時(shí)間對(duì)晶體尺寸影響不大。溶液濃度是影響多孔炭表面ZnO晶體形貌的關(guān)鍵因素。對(duì)多孔炭表面噴金處理后的金顆粒不