生物遗态多孔炭制备及其孔表面功能化修饰

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1、湖南大学硕一}：学位论文摘要木材从微观到宏观尺度都表现出结构和性能的各向异性。它具有复杂的层级结构，其连通的细胞孔洞，使得木材在低密度的同时具有较高的强度、好的韧性、弹性以及抵抗破坏的能力。以木材作为模板或者基体，通过一定的制备手段将其转化成具有宏观有序多孔的结构或功能材料，已成为新型生物遗态材料研究的热点。本文以木材为研究对象，通过惰性气氛下可控炭化得到保留其生物遗态的多孔炭材料，并对这种多孔炭表面进行了功能化修饰。较系统地研究了三种典型木材(松木，椴木，白杨木)和楠竹的显微形貌以及不同温度炭化下孔隙率和密度的变化规律。用FTIR、Raman、XP

2、S、XRD等手段重点研究了松木的炭化过程，用TG．DTG考察了其在空气中的抗氧化性能。结果表明：不同种类木材具有不同的孔径形状和尺寸分布，随着炭化温度的升高，多孔炭的密度降低，气孔率升高。松木在惰性气氛下炭化，在不同炭化温度阶段具有不同的表面态。松木在空气中的氧化起始于约4000C，到5280C时氧化速率最大，5880C时氧化基本结束，氧化过程表现出“自加速”的特性。采用有机前驱体浸渍一裂解技术(PIP)，将聚碳硅烷(PCS)在多孔炭孔内沉积裂解，通过控制PCS的浓度和PIP循环次数，制备出孔径可控的SiC／多孔炭复合材料。PCS通过PIP之后在多孔

3、炭表面形成无定形的SiC层；SiC与多孔炭界面呈梯度变化，结合良好。随着PIP次数的增加，多孔炭孔洞逐渐被SiC填充，复合材料的比表面呈指数下降，其力学性能先升高而后降低。在PIP循环5次时，径向抗压强度达到最大，为56．7MPa，循环6次时，轴向抗压强度达到最大，为17．0MPa。SiC组分的加入使得材料的起始氧化温度提高了约1500C。用水热溶剂法在多孔炭的孔表面进行了ZnO修饰的探索性工作。研究了不同反应时间，溶液浓度和不同表面处理方式对ZnO成核生长及其形貌的影响。结果表明：溶液中水热生长4-32h可得到形貌规整的微米纤锌矿晶体，反应时间对晶

4、体尺寸影响不大。溶液浓度是影响多孔炭表面ZnO晶体形貌的关键因素。对多孔炭表面喷金处理后的金颗粒不能诱导ZnO的外延生长，而正硅酸乙酯(TEOS)薄膜的存在改善了多孔炭与水热反应溶液浸润性，从而提高表面ZnO成核生长的能力。在裸露的多孔炭表面可以“种植”ZnO晶体，通过种植晶种的方法可以进而生长出具有放射状的ZnO晶须丛，为多孔炭表面的功能化修饰提供了可行的技术方案。关键词：生物遗态多孔炭；功能化修饰；炭化；PlP；水热法I湖南人学硕上学位论文AbstractWoodisanaturalcompositematerialoverbearingmill

5、ionsofyear’Sgeneticevolutionandnaturalselection．Itshowsallanisotropic，open—cellulosemorphologywithexcellentstrengthatlowdensity,hi曲stiffness，elasticity,andtolerancetodamageonthemicro—tomacroscale．WbodCanbein-situorafter-carbonizedusedasmatrixtoturnintomechanicalorfunctionalinor

6、ganicmaterials．Inthispaper,avarietyofwoodarecontrolledcarbonizedunderargonatmospheretoturntoabiomorphicporouscarbon(BPC)，thenmodificateitscellwallwithSiClayerandZnOParticles．Aseriesofmethodsareadaptedtocharacterizetheobtainedmaterialsandinvestigatetheproperty．Also，apilotstudyof

7、themechanismoftheprocedureisproposed．Systematicallyinvestigationoffourkindoftypicalnativewood，pine，aspen，basswood，andbambooonmicrostructure，densityandporosityindifferentcarbonizationtemperatureiscarriedout．PinewoodisselectedasafocustostudythepyrolysisandcarbonizeprocedureusingF

8、TIR，Ramart,XPS，XRDtechnologies．TG-DTGisexploitedhereto