炭化过程施压对气体扩散层用碳纸结构与性能的影响

碳纸作为一种最常用的质子交换膜燃料电池气体扩散层的基底材料,其良好的性能是保证电池稳定运行的前提.为改善碳纸的结构与性能,使其更好地满足燃料电池的性能要求,本研究通过在炭化阶段压制不同数量的石墨板来调控施加的压力,分析不同压力下碳纸微观结构的演变规律及其作用机制,同时研究施加压力对碳纸的平面电阻率、孔径分布、表面粗糙度及力学性能的影响.结果表明:施加压力有利于抑制树脂炭的开裂,减少裂纹的产生,并可在一定程度上提高碳纸的石墨化程度.此外,随着施加压力的增加,碳纸的表面粗糙度逐渐降低,平均孔径和最大孔径逐渐减小.当施加压力为3600 Pa时,与未施加压力相比,碳纸的平面电阻率从17.15 mΩ·cm下降到12.79 mΩ·cm,同时拉伸强度和弯曲强度分别提高150％和82.9％.     

用于燃料电池的碳纤维纸的制备与表征

根据湿法造纸原理,用丙烯腈基碳纤维作为原料,然后经憎水和碳化处理,制得高性能碳纤维纸.同时介绍了碳纤维纸表征原理及方法.制得碳纤维纸性能指标如下:电阻率14.58mΩ·cm;空隙率73%;疏水性能非常好.     

石墨粉对PEMFC用炭纸性能的影响

以干法成型技术所制备的聚丙烯腈基炭纤维纸作为炭纸坯体,添加有石墨粉的酚醛树脂溶液作为浸渍剂,通过浸渍、模压固化和热处理工艺制得PEMFC用炭纸。结果表明,随石墨含量的增加,炭纸的厚度、孔隙率逐渐增加,透气性、导电能力逐渐增强,密度和抗拉强度呈先增加后降低的变化规律,当石墨粉质量分数达到5%时炭纸的综合性能最佳,其基本性能参数为:厚度0.23 mm,密度0.53 g·cm-3,气透率2 080 mL·mm·cm-·2h-·1mmAq-1,孔隙率66%,平面电阻率2.6 mΩ·cm-1,拉伸强度19.4 MPa,符合质子交换膜燃料电池气体扩散层对炭纸的要求。采用Pt载量为0.5 mg·cm-2的MEA,在H2/Air=1.2/2.5、温度65℃、常压条件下进行单体电池性能测试,电流密度为800 mA·cm-2时输出电压为0.65 V,电池输出性能较好。     

硅/石墨负极中硅的体电阻率和掺杂类型对锂离子电池电化学性能的影响

将电阻率为1Ω·cm、0.1Ω·cm、0.01Ω·cm、0.001Ω·cm的n型掺杂硅片以及电阻率为1Ω·cm、0.001Ω·cm的p型掺杂硅片球磨制成6种硅粉,并分别将其与石墨按照5∶95的质量比进行混合,用作锂离子电池负极材料并制成扣式电池,通过电化学阻抗谱和倍率性能测试来研究硅材料体电阻率和掺杂类型对锂离子电池电化学性能的影响规律。结果表明,硅材料体电阻率越低,其储锂容量越高,倍率性能越好。电阻率相同时,n型掺杂硅始终比p型掺杂硅具有更大的储锂容量和更好的倍率性能。但是,当p型掺杂硅的电阻率远低于n型掺杂硅时,p型掺杂硅电化学性能更佳。另外,0.001Ω·cm的n型掺杂硅样品具有最佳的充放电比容量和倍率性能,其首次充放电比容量分别为457.7mAh·g~(-1)和543.4mAh·g~(-1)。     

锑掺杂氧化锡-硅灰石复合粉体的制备与表征

为了改善硅灰石的导电性,对硅灰石粉体的表面包覆改性进行研究;以硅灰石粉为原料,四氯化锡和三氯化锑为沉淀包覆剂,采用化学沉淀法制备锑掺杂氧化锡-硅灰石复合抗静电材料;研究不同工艺条件对该复合粉体体积电阻率的影响,采用透射电子显微镜、X射线能量色散谱、白度仪、粒度仪、比表面积仪等进行表征。结果表明,包覆后硅灰石白度由91.7%减小为90.5%,中位粒径由10.81μm增大为11.46μm,比表面积由1.406 8 m2/g增大为3.653 2 m2/g,体积电阻率由3.36×1010Ω·cm减小为0.85×105Ω·cm。     

短纤维/ABS树脂复合材料导电导热性能研究

以沥青基短纤维为填料、ABS树脂为基体,采用热压成型工艺制备了短纤维/ABS树脂复合材料,研究了短纤维在复合材料中的分散形貌及其含量和长度对复合材料导电、导热和抗冲击性能的影响。研究结果表明:短纤维在复合材料中分散较为均匀,可以形成较好的导电和导热网络。复合材料沿垂直热压方向的室温电阻率和热导率随短纤维含量和长度的增加而分别呈降低和升高趋势,其电阻率具有明显的"渗逾"现象,添加0.5mm长的纤维粉的复合材料的导电突变用量约为13wt.%,其电阻率为0.6Ω·m,而填充长度为3mm和6mm短纤维的复合材料的渗逾值约为11wt.%,相应电阻率降低至9.0×10-3Ω·m和1.0×10-3Ω·m。当3mm长短纤维含量为29wt.%时,复合材料的室温热导率为23.3W/m·K,较纯ABS树脂提高了136倍。     

原位聚合增密次数对C/C复合材料性能的影响

以萘为基体碳源,Lewis酸为催化剂,通过对芳烃小分子的催化缩聚建立了一种新型原位聚合C/C复合材料的增密方法。分别对两种不同密度的炭纤维增强C/C复合材料预制体进行致密化处理,研究了原位增密次数对材料体积密度、电阻率、弯曲强度和断面形貌的影响。结果表明:经过五次致密化循环,样品密度分别由原来的1.05 g/cm3和1.68g/cm3提高到1.52g/cm3和1.83g/cm3,电阻率由4.44mΩ.cm和0.84mΩ.cm降至1.09mΩ.cm和0.28mΩ.cm,弯曲强度由26MPa和86MPa增至95MPa和211MPa,说明原位聚合增密方法非常有利于快速提高复合材料的密度和其他物理性能,是一种有前途的增密新途径。     

基于乙基纤维素导电银浆的制备与电子纸性能研究

低温固化导电银浆是制备各种电子元器件的关键功能材料。以银和乙基纤维素为导电填料,按照乙基纤维素/硝酸银质量比分别为2∶1,1∶1,1∶2和1∶3,用氧化还原法制备出短棒状的导电银浆。通过电阻率测定,以及显微镜观察,研究物理因素(加热烧结、紫外光照射、泡水、超声波等)对短棒状导电银浆所成电子纸导电性能的影响。比例为2∶1和1∶1时得到的电子纸电阻极大,比例为1∶2和1∶3的电子纸在加热烧结过程中电阻率可以降低到初始值的50%～60%。同时在加热烧结、紫外光照照射、泡水、超声波等因素作用下导电率相对稳定,乙基纤维素/硝酸银比例为1∶2的导电性能更优。最后,以乙基纤维素/硝酸银质量比为1∶2制备的导电银浆,分别以30%,45%,60%的体积比与墨水混合,经涂电子纸,加热烧结后电阻率降至起始值的96.6%,为15 mΩ/cm。     

柔性PET衬底上低温制备TZO透明导电薄膜

利用直流磁控溅射法,在室温水冷柔性PET衬底上成功制备出了掺钛氧化锌透明导电薄膜(TZO)。通过X射线衍射和扫描电镜等表征方法对薄膜结构和特性进行测试分析,研究了靶与衬底之间的距离(靶基距)对TZO薄膜表面形貌、结构、力学、电学和光学性能的影响。结果表明,实验制备的柔性TZO透明导电薄膜为具有c轴择优取向的六角纤锌矿结构的多晶薄膜;靶基距对PET衬底上的柔性TZO薄膜的性能有较大的影响。随着靶基距从42 mm增大到70 mm,薄膜的生长速率由22.46 nm/min降低到6.92 nm/min;薄膜的电阻率先由55.99×10-4Ω.cm快速减小到5.34×10-4Ω.cm后略有增大并趋稳,5.34×10-4Ω.cm为最小电阻率,其靶基距为52 mm;70 mm靶基距时样品薄膜应力最小,为0.4914 GPa;所有样品的可见光区平均透过率都高于90.97%。     

粘结剂种类对模压成形制备呋喃树脂类玻璃炭的影响

研究了粘结剂类型对模压成形法制备呋喃树脂基类玻璃炭性能影响.3种粘结剂分别是沥青、酚醛树脂和硼酚醛树脂作为粘结剂,含量均为30%(质量分数).采用DSC/TG研究类玻璃炭的炭化工艺,并用SEM观察其断口形貌,用排水法计算材料的密度,用检流计测定类玻璃炭的电阻率.研究结果表明:粘结剂种类对类玻璃炭的综合性能有较大影响.以酚醛树脂作为粘结剂时类玻璃炭综合性能最好,断口光滑平整,只有极少量直径＜0.2μm的孔洞,无裂纹,其密度为1.47g/cm3,电阻率为224.3μΩ·m.     

湿法刻蚀对ZnO∶Al透明导电薄膜结构与性能的影响

室温下通过直流磁控溅射Al2O3掺杂3％(质量分数)的ZnO靶材制备了厚度约1μm、结晶度高、表面平整光滑的ZnO∶Al透明导电薄膜.研究盐酸、王水和草酸溶液对ZnO∶Al薄膜的湿化学刻蚀行为,分析刻蚀对薄膜微观结构、光刻图案、电学和光学性能的影响.结果表明,刻蚀对薄膜的结晶取向性无影响;经盐酸、王水和草酸刻蚀后薄膜的电阻率略有增大,从7.4mΩ·cm分别增大到8.7mnΩ· cm、8.8mQ·cm和8.6mΩ·cm;透光率略有下降,从80％分别下降到76％、77％和78％.0.5％的盐酸刻蚀可以获得结构良好的陷光结构.薄膜在盐酸中刻蚀速率快,易产生浮胶;在草酸中刻蚀图案清晰,但存在残留;在王水中刻蚀图案清晰且无残留.     

熔盐电解法制备金属钛工艺中TiO2电极性能研究

采用模压成型法制备了TiO2电极。分别用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等测试手段分析了不同烧结温度下TiO2电极的形貌、物相。基于阿基米德定律和欧姆定律测定了不同烧结温度制备的TiO2电极的孔隙率和电阻率。分析结果表明,随烧结温度的升高,TiO2电极晶粒逐渐长大,柱状晶粒结晶程度越来越好,在1100℃和1200℃时平均粒径都在4μm左右;晶型随烧结温度的升高发生变化,温度高于1000℃时锐钛型TiO2全部转变为金红石型。孔隙率和电阻率随烧结温度的升高而减小,烧结温度越高,电极导电性能越好。1100℃和1200℃烧结后在1000~1050℃时电阻率约为0.14Ω.m并最终趋向于恒定。所制备的TiO2电极经熔盐电解实验后得到的金属钛含量高达99.69%。     

不同烧结气氛制备AZO靶材的实验研究

采用机械混粉、造粒、模压和冷等静压(CIP)成型相结合的功能陶瓷制备工艺制备了AZO靶材,研究了空气、真空及惰性气氛对AZO靶材性能的影响.结果发现,氩气保护烧结法制备的AZO靶材不仅密度高,电阻率达10-4Ω·cm量级,而且该方法还可明显抑制氧化锌的挥发,降低烧结温度,在1320℃的温度下便可制得相对密度为99％、晶...     

SiO2缓冲层对溶胶-凝胶法制备的SnO2∶Sb薄膜光电性能的影响

以SnCl2·2H2O和SbCl3为原料,利用溶胶-凝胶法制备了SnO2∶Sb薄膜。利用XRD观察了薄膜的结构特点,利用紫外可见分光光度计测量了薄膜的透过率,利用四探针测试系统表征了薄膜的电学性能。讨论了掺杂浓度以及SiO2缓冲层厚度对薄膜光电性能的影响。结果表明,随着掺杂浓度的增大,薄膜的电阻率先降低而后略有升高,当掺杂浓度为5%时,薄膜电阻率达到最小,为8.7×10-3Ω·cm;并深入研究了缓冲层对薄膜性能的改善作用:当掺杂浓度为5%时,随着缓冲层数的增加,薄膜方块电阻呈下降趋势,最小可达到95Ω/□,电阻率达到1.1×10-3Ω·cm。     

石墨/炭黑/改性树脂导电复合材料的电学性能研究

以改性环氧树脂为基体、石墨\炭黑为混合导电填料制备了导电复合材料。分析了材料的导电机理,研究导电填料含量与电阻率之间的关系。结果表明:当石墨为15%、炭黑20%时制备的复合材料具有良好的导电性,电阻率为16.4Ω.cm。同时测试了复合材料的伏安特性曲线,发现其呈现非线性欧姆关系,具有正温度系数效应(PTC)。     

超薄预浸料对碳纤维/环氧树脂复合材料导电性能的影响

为了协同提高碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料的电性能和力学性能,采用碳纤维丝束展宽、浸润一体化的工艺方法,将12K CF展宽预浸制备成厚度分别为0.02 mm、0.03 mm、0.08 mm、0.10 mm的CF/EP预浸料及其单向层合板,分析测试了微观结构尺度对CF/EP复合材料层合板电阻率、电阻率随温度及在拉伸载荷作用下响应的影响机制。结果表明,随着CF/EP预浸料厚度从0.10 mm减小到0.02 mm,CF/EP复合材料单向层合板中大尺度树脂富集区所占比例明显减小,厚度方向的电阻率从151.3 Ω·cm减小到32.1 Ω·cm,导电性能提高了约5倍;随着温度升高,CF/EP复合材料层合板电阻率逐步下降,厚预浸料层合板沿厚度方向电阻率的下降速率高于薄预浸料层合板;在载荷作用下由CF/EP薄预浸料制成的CF/EP复合材料层合板的电阻率具有较高的稳定性,表明预浸料薄层化有助于提高CF/EP复合材料抵抗载荷作用的能力,从而获得较高的力学性能和电性能。实验结果为CF/EP复合材料结构-功能一体化设计提供了基础。      

Synthesis of optical transparent and electrical conductive polymer/nanocarbon composite films by infiltration method

Optical transparent and electrical conductive (PMMA)/nanocarbon composite films can be prepared through the infiltration of the polymer between the carbon aggregates of a preformed percolation cluster. This cluster is prepared by Langmuir-Blodgett technique as a thick film (2-20 μm in thickness). The performed direct current electrical measurements have shown that PMMA/Multiwall Nanotubes present a lower electrical surface resistivity and a higher optical transmittance than PMMA/carbon nanoparticles composite films. Much simpler and cheaper than other methods, the infiltration method allowed us to prepare composite films with a 75% in transparency and 1 MΩ/square in surface electrical resistivity. The composite films prepared by infiltration method have a good adhesion to the glass substrates but in some specific conditions can be integrally removed as free-standing films.     

自燃法制备N型Bi掺杂LaNiO_3氧化物及其热电性能研究

以柠檬酸为螯合剂,各种硝酸盐为原料,采用简单的自燃法制备了金属Bi掺杂的N型钙钛矿结构的La1-xBixNiO3(x=0、0.025、0.05、0.075、0.1、0.15)热电材料前驱粉。前驱粉经煅烧、球磨、冷压、烧结等工艺获得块体材料。通过X射线衍射和扫描电镜观察等方法对样品的结构与形貌进行了分析表征。在573～1073K内测试了材料的电阻率和Seebeck系数,结果表明,该材料显示了较好的热电性能,掺杂Bi有助于显著降低材料的电阻率,优化材料的热电性能,其中试样La0.9Bi0.1NiO3组分材料在973K时的电阻率ρ=3.9606mΩ.cm,Seebeck系数S=-29.253μV/K,热电转换功率因子值p=2.16×10-5W/(m.K2)。     

Ar流量对磁控溅射制备Al掺杂ZnO薄膜的影响

Al掺杂ZnO(AZO)具有电导率高、光学透射率高的优点,且原料来源丰富、制备成本低廉,被认为是最有应用潜力的透明导电薄膜.本文利用射频磁控溅射制备30 cm×30 cm尺寸大面积AZO薄膜,研究了气压恒定时,Ar流量对薄膜晶粒生长机制、电学和光学性能的影响.结果表明,AZO薄膜晶粒均表现出垂直基片方向的c轴择优取向生...