碳纳米管吸附特性的分子模拟研究简

碳纳米管是一种重要的一维纳米材料,具有许多独特的力学、电学和化学性质。碳纳米管的吸附特性一直是碳纳米管领域研究的一个热点。碳纳米管特性的分子模拟研究主要有2种方法,一种是密度泛函理论方法,另一种是分子动力学模拟方法。该研究对碳纳米管的结构特征进行了介绍,重点对碳纳米管吸附特性的密度泛函理论研究和分子动力学模拟研究进展进行了综述,同时简要介绍了密度泛函理论和分子动力学模拟这2种分子模拟,展望了分子模拟研究方法在碳纳米管吸附特性研究方面的发展方向。     

碳纤维表面改性及增强纤维板力学性能的研究

中密度纤维板具有静曲强度高、平面抗拉强度好等优点,广泛应用于家具制造等行业,但受力学性能的限制,其很少作为建筑结构材料使用。碳纤维作为增强相已被广泛应用于各类复合材料制备,经过表面改性处理的碳纤维表面活性官能团增多,表面能提高,有利于与基体材料的粘合,并进一步提升复合材料的性能。该研究对碳纤维进行了表面改性处理,并用其作为增强相来提高中密度纤维板的力学性能。实验结果表明,改性处理后,碳纤维表面出现沟槽,比表面积增加,用其作为增强相后,中密度纤维板的力学性能有明显提高。     

Self-sorted, aligned nanotube networks for thin-film transistors

To find use in electronics, single-walled carbon nanotubes need to be efficiently separated by electronic type and aligned to ensure optimal and reproducible electronic properties. We report the fabrication of single-walled carbon nanotube (SWNT) network field-effect transistors, deposited from solution, possessing controllable topology and an on/off ratio as high as 900,000. The spin-assisted alignment and density of the SWNTs are tuned by different surfaces that effectively vary the degree of interaction with surface functionalities in the device channel. This leads to a self-sorted SWNT network in which nanotube chirality separation and simultaneous control of density and alignment occur in one step during device fabrication. Micro-Raman experiments corroborate device results as a function of surface chemistry, indicating enrichment of the specific SWNT electronic type absorbed onto the modified dielectric.     

Strong, transparent, multifunctional, carbon nanotube sheets

Individual carbon nanotubes are like minute bits of string, and many trillions of these invisible strings must be assembled to make useful macroscopic articles. We demonstrated such assembly at rates above 7 meters per minute by cooperatively rotating carbon nanotubes in vertically oriented nanotube arrays (forests) and made 5-centimeter-wide, meter-long transparent sheets. These self-supporting nanotube sheets are initially formed as a highly anisotropic electronically conducting aerogel that can be densified into strong sheets that are as thin as 50 nanometers. The measured gravimetric strength of orthogonally oriented sheet arrays exceeds that of sheets of high-strength steel. These nanotube sheets have been used in laboratory demonstrations for the microwave bonding of plastics and for making transparent, highly elastomeric electrodes; planar sources of polarized broad-band radiation; conducting appliqués; and flexible organic light-emitting diodes.     

碳布位置对木粉/高密度聚乙烯复合板性能影响

引入碳纤维作为增强手段,通过设计不同的工艺结构,探究其对木塑复合材力学性能的增强效果。板材结构设计方案有CF313(3 mm表层木塑板+碳布+1 mm芯层木塑板+碳布+3 mm表层木塑板)、CF232(2 mm表层木塑板+碳布+3 mm芯层木塑板+碳布+2 mm表层木塑板)、CF151(1 mm表层木塑板+碳布+5 mm芯层木塑板+碳布+1 mm表层木塑板)、CF070(碳布贴在最外层)、CF7(不添加碳布的空白实验)。研究结果表明,CF070复合材的弯曲强度最大;CF151的弹性模量最大,即碳纤维放在近表层位置时,弯曲性能较好,但拉伸时木塑表层容易拉断;放在靠近中心位置时复合材的拉伸强度和冲击强度提高幅度较大。综合考虑各性能,表层厚度为2 mm时可最大程度发挥碳布优势、增强木塑复合材料力学性能。     

玻璃纤维增强杨木重组木的物理力学性能

采用了玻璃纤维作为增强材料对杨木单板重组木进行了增强,研究了密度和纤维铺装结构对杨木重组木物理力学性能的影响。结果表明:随着玻璃纤维铺装层数的增加,重组木的力学性能增加,但当玻璃纤维添加到3层时,重组木力学性能相较双层玻璃纤维铺装有所降低。随着密度的增加,玻璃纤维对重组木力学性能的增强效果减弱。玻璃纤维对重组木的尺寸稳定性同样有着显著的增强效果,随着纤维铺装层数的增加,玻璃纤维增强重组木的吸水厚度膨胀率、吸水率及线性膨胀率的抑制效果均呈增加趋势。随着浸水时间的增加,玻璃纤维对线性膨胀率的抑制效果也更为显著。     

Macroscopic fibers and ribbons of oriented carbon nanotubes

A simple method was used to assemble single-walled carbon nanotubes into indefinitely long ribbons and fibers. The processing consists of dispersing the nanotubes in surfactant solutions, recondensing the nanotubes in the flow of a polymer solution to form a nanotube mesh, and then collating this mesh to a nanotube fiber. Flow-induced alignment may lead to a preferential orientation of the nanotubes in the mesh that has the form of a ribbon. Unlike classical carbon fibers, the nanotube fibers can be strongly bent without breaking. Their obtained elastic modulus is 10 times higher than the modulus of high-quality bucky paper.     

木质素高盐模板碳气凝胶制备及其电化学应用

目的以工业碱木质素和甲醛为原料，在盐的制孔和稳定作用下，水热反应后直接碳化制备多孔碳气凝胶，并检测其结构、理化性质和电化学性能，探究其在超级电容器电极材料中的运用。方法将2 g工业碱木质素分别与3种盐（ZnCl₂、NaCl、Na₂CO₃）混合均匀，各加入1.5 mL甲醛，搅拌成黏稠浆状，转移至反应釜中，160 ℃反应2 h，得到一系列的木质素碳气凝胶（LCA）前驱体，在通氮气保护的管式炉中，以3 ℃/min的升温速率升温至900 ℃，保温3 h进行碳化，自然冷却后取出并洗涤，得到LCA。通过比表面积测定（SSA）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）表征碳气凝胶的结构和理化性质，将其研磨粉碎后制成超级电容器电极，通过循环伏安测试、恒流充放电测试和开位电路阻抗测试进行电化学储能表征。结果以ZnCl₂为模板制备的LCA最高比表面积可达711 m2/g，在SEM下能观察到凝胶状结构，XRD表明LCA以无定形碳为主。在0.2 A/g的电流密度下，比电容达到124 F/g；在10 A/g的高电流密度下，比电容维持在60 F/g，电容保持率约为48%，拥有最佳的倍率性能。结论本实验以价格低廉的工业碱木质素为原料，在盐模板下经过水热和碳化过程直接制备LCA。在ZnCl₂盐模板下可以制备出高比表面积，以无定形碳为主的LCA，并拥有优良的电化学性能，可用于超级电容器电极材料。该方法绿色环保、操作简单、成本低，具有潜在的工业化利用前景。      

轻木细胞壁超微结构与力学性能关系研究

[目的]研究轻木化学组成、纤维细胞壁分层结构和纤维素聚集态结构,探究其对力学性能的影响,为厘清轻木细胞壁超微结构与力学性能之间关系,提高其利用附加值奠定理论基础.[方法]将轻木与我国常见阔叶木树种杨木进行对比研究,采用水解法分析两者的化学组成;用透射电子显微镜、共聚焦拉曼显微镜等表征纤维细胞壁分层结构、微区化学和纤维素...     

碳纤维增强木基复合材料的制备及其力学性能

为了研究碳纤维增强木基复合材料的力学性能,选择直径为12 μm的碳纤维制备试样。分别对碳纤维增强木基复合材料与木纤维板进行了三点弯曲力学性能测试,运用扫描电镜（SEM）对其微观结构进行表征。结果表明:通过力学曲线对比及断裂机理分析,可以明显的发现碳纤维增强木基复合材料的力学性能要优于木纤维板,这种“三明治”结构的材料设计充分发挥出碳纤维独特的缓冲能力,试件在较高外加载荷作用下并不是产生突然的断裂破坏,而是具有一定的承载能力。SEM分析表明,聚醋酸乙烯胶粘剂工作强度高,在受力时能够很好的传递载荷,碳纤维网与木纤维板结合良好。     

用Ti02-ACF降解甲苯和二甲苯的研究

将用Sol-Gel法制得的二氧化钛（TiO2）负载到活性碳纤维（ACF）上,利用超临界干燥手段和450 ℃高温真空煅烧工艺获得了具有气凝胶特性和高光催化活性的复合材料（TiO2-ACF）,并探讨该材料对空气中甲苯和二甲苯的降解效果。结果表明: TiO2均匀负载在ACF的每根纤维上;TiO2粒径尺寸均在15～20 nm范围内,晶型为锐钛矿和金红石混合晶型,锐钛矿占77%;在紫外光的作用下,TiO2-ACF对甲苯和二甲苯的降解率比ACF约高30%。      

MDI低密度纤维板制备工艺和性能研究

目的低密度纤维板具有质量轻、吸音降噪等优点,可广泛应用于非结构用途的家具制造、建筑装饰、包装、电器设备等领域。与中密度纤维板相比,低密度纤维板具有力学性能低的缺点,使用“三醛胶”制备的低密度纤维板,力学性能难以达到要求,且甲醛释放量较大。因此,本研究选用胶合强度高、无甲醛释放的异氰酸酯(MDI)为胶黏剂,制备性能较优的MDI低密度纤维板。方法以纤维含水率、细纤维质量分数和热压曲线为工艺参数,通过分析各参数对板材物理力学性能的影响,得出MDI低密度纤维板较优的制备工艺。结果提高纤维含水率,适当延长低压作用时间,可增加表芯层密度比,从而提高静曲强度和弹性模量,但内结合强度略有下降;增加粗纤维的质量分数可有效提高静曲强度和弹性模量,内结合强度降低,吸水厚度膨胀率略有增加。本研究得出的MDI低密度纤维板较优的制备工艺为:纤维含水率16%,热压曲线C,细纤维质量分数60%。通过保温系数和甲醛释放量测定,发现MDI低密度纤维板与同等密度的保温材料相比具有较好的保温性能,甲醛释放量较低。结论本研究中制备的MDI低密度纤维板各项性能均可以满足LY/T 1718—2017《低密度和超低密度纤维板》中干燥状态下使用的家具型低密度纤维板的性能要求,在家具制造、保温建筑材料等领域具有广泛的应用空间。      

基于有限元建模的木质复合板宏微观力学性能分析

基于有限元理论,在Ansys环境下对碳纤维增强木质复合板建立微观单胞模型和宏观几何模型,并对二者进行力学性能的一阶模态仿真分析.结果表明,物理试验和仿真预测数据相吻合,验证了所建模型的有效性和可靠性,达到了依据复合材料的微观结构对宏观性能进行预测的目的,从而实现了复合材料力学性能的宏微观关联.     

覆膜纸制备电热功能复合纤维板的性能研究

采用碳纤维纸经安装电极作为电热层,以半固化酚醛树脂覆膜纸作为胶合材料和绝缘材料制备电热功能复合纤维板,研究其电热性能,测试分析微观形貌、物理力学性能及电绝缘性能。结果表明,加载500 W·m^-2功率密度连续通电60 min后表面能达到26.4℃温升,辐射面不均匀度为4℃;功率密度与其温升呈线性相关;连续通电24 h过程中电阻下降率呈现先增大后稳定的趋势,通电24 h后下降率为4.2%;500 W·m^-2功率密度通断电150次后电阻下降率仅为0.95%,具有良好的电热稳定性;工作温度下泄漏电流和热态绝缘电阻均符合相关标准要求;酚醛树脂渗透碳纤维纸形成了良好的胶接结构,内结合强度达到1.85 MPa。     

木纤维/岩棉纤维复合材料的研究

该文探讨了制造木纤维/岩棉纤维复合材料时,纤维长度、岩棉纤维用量、密度、施胶量、热压温度、热压时间等因素对复合材料力学性能的影响.研究结果表明:将岩棉纤维和木纤维混合,制造木纤维/岩棉纤维复合材料是可行的;木纤维长度、产品密度、岩棉纤维用量是影响复合板材力学性能和阻燃性能的主要因素;随着木纤维长度的增大,产品的静曲强度提高、内结合强度降低;随着密度的提高,产品的力学性能呈线性比例增大;随着岩棉纤维用量的加大,产品的力学性能呈线性比例降低、阻燃性能呈线性比例增大;在实验选定的参数范围内,施胶量、热压温度、热压时间对产品力学性能和阻燃性能的影响不明显.      

聚丙烯腈基碳纤维增强木构件端面的工艺

以木构件端面为研究对象,通过物理增强试验法对其端面增强工艺进行研究.结果表明:在木构件端面复合粉状碳纤维可有效提高木构件端部的力学性能;采用非刚性施压方法可促使碳纤维与木构件端面的工艺复合;对木构件端面进行高温热处理可使木材端面获得200条·dm-2以上的分布较均匀的可见裂纹;内层0.5 mm、外层2 mm的碳纤维涂层的增强效果最好;水曲柳、落叶松、桦木木构件端部横向抗拉强度分别提高55%、46%和59%.     

废弃杨木水泥模板纤维特性及纤维板的研究

以废弃杨木水泥模板纤维为原料制造纤维板, 实现杨木的循环利用。对水泥模板以及分离好的纤维性能进行测试分析, 并分别以废弃杨木水泥模板纤维、新鲜杨木纤维为原料制造不同密度的纤维板, 讨论原料特性和施胶量对板材性能的影响。研究结果表明:废弃杨木水泥模板表面碳元素含量高于杨木单板表面, 而水泥模板表面的氧元素含量较低; 废弃杨木水泥模板纤维的堆积密度与新鲜杨木纤维基本相同; 当用水泥模板制得的纤维板密度达到0.75 g·cm-3时, 板材的力学性能和吸水厚度膨胀率(TS)值均优于其他密度的板材, 当施胶量大于等于12.0%时, 板材的弹性模量(MOE), 静曲强度(MOR), 内结合强度(IB)性能均能满足国家标准值的要求。因此, 废弃杨木水泥模板完全可以替代普通杨木制造纤维板。     

双空位缺陷对金属性碳纳米管量子电子学特性的影响研究

采用第一性原理的密度泛函理论计算方法,研究了2种不同分布的双原子空位缺陷(平行于管轴和斜交于管轴)对金属型(12,0)碳纳米管量子电子特性的影响。研究结果表明,平行于管轴的五边形-八边形-五边形(5-8-5)缺陷的转变能是最小的,是最稳定的缺陷结构分布;平行于管轴的5-8-5缺陷和斜交于管轴5-8-5缺陷都在价带部分引入了出现2个电子背散射中心,这对电子输运非常不利;斜交于管轴5-8-5缺陷比平行于管轴5-8-5缺陷对电导的抑制作用更大,这是由于斜交于管轴5-8-5缺陷破环了碳纳米管的轴向对称性。     

贵州省马尾松和杉木纤维增强高密度聚乙烯复合材料

利用两步挤出法分别制备马尾松和杉木纤维增强高密度聚乙烯(HDPE)复合材料,研究两种复合材料的颜色、密度、硬度、尺寸稳定性、弯曲、拉伸、冲击和在50 N载荷作用下的24 h蠕变-24 h回复性能。马尾松纤维/HDPE复合材料的表面明度明显大于杉木纤维/HDPE复合材料,且相对偏向绿黄色,而杉木纤维/HDPE复合材料则偏向红蓝色。两种材料的密度、硬度和24 h吸水率相差均不超过5%,但马尾松纤维/HDPE复合材料的24h吸水厚度膨胀率是杉木纤维/HDPE复合材料的3.43倍。杉木纤维/HDPE复合材料的力学性能明显优于马尾松纤维/HDPE复合材料,而马尾松纤维/HDPE复合材料抗蠕变性较好,50 N的载荷作用下24 h的应变仅为杉木纤维/HDPE复合材料的77.29%,但回复性能相对稍差。     

Subnanometer motion of cargoes driven by thermal gradients along carbon nanotubes

An important issue in nanoelectromechanical systems is developing small electrically driven motors. We report on an artificial nanofabricated motor in which one short carbon nanotube moves relative to another coaxial nanotube. A cargo is attached to an ablated outer wall of a multiwalled carbon nanotube that can rotate and/or translate along the inner nanotube. The motion is actuated by imposing a thermal gradient along the nanotube, which allows for subnanometer displacements, as opposed to an electromigration or random walk effect.