石墨纤维表面与孔隙的结构表征及分形性质分析-论文.pdf

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1、云南大学学报(自然科学版)，2014，36(1)：88~93DOI：10．7540／j．ynu．20130321JournalofYunnanUniversity石墨纤维表面与孔隙的结构表征及分形性质分析郑明飞，张晋，赵家云(1．怀化学院基础实验中心，湖南怀化418008；2．云南大学物理系，云南昆明650091；3．昆明煤炭科学研究所，云南昆明650041)摘要：为了研究和分析石墨纤维表面与孔隙的结构和分形性质，采用场发射扫描电子显微镜、电感耦合等离子体发射光谱仪、全自动物理吸附分析仪对其进行测试与表征．研究结果表明

2、：石墨纤维以圆柱状存在，直径约为12—18m，表面较光滑，缺陷较少，有利于气体吸附；石墨纤维碳的质量分数约为95．86％，还含有少量的N、H、O、S和微量的ca、Fe、Mg、Si、A1等元素，生产过程中留下的孑L道不多；石墨纤维的比表面积较大，其微孔体积占总孔体积的97．98％，平均孔径在微孔区域，且孔径分布较窄，包含大量0．84am左右和少量1．21am左右的微孔，较丰富的微孔结构使其具有良好的吸附性能；石墨纤维的表面与孔隙具有较好的分形特性，分形维数分别为2．11和2．99，是一种有工业前景的吸附材料．关键词：石墨

3、纤维；表面形貌；表面积；孔结构；分形性质中图分类号：TQ342．74；O485；O657文献标志码：A文章编号：0258—7971(2014)01—0088—0620世纪初人们发现一种新型碳材料石墨纤储氢效果还达不到美国能源部(DOE)提出的储氢维，60年代初它的研究和生产获得重大进展，目前目标，因此研究石墨纤维表面和孔隙的结构与已广泛应用在航天航空、交通运输、文体器材、土木性质，对于寻找改善石墨纤维及其复合材料的表面建筑、医疗器械等领域，具有广阔的应用前景J．性质和吸附性能的方法是有意义的．石墨纤维(graphite

4、fiber，GrF)，一般是指碳的质量本文采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、分数在99％以上的碳纤维，具有类石墨结构，碳纤电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP—AES)、全自动维经2200—3000℃高温石墨化处理可得到石墨物理吸附分析仪对石墨纤维进行测试和表征，根据纤维，其含碳量和拉伸模量比碳纤维高，故又叫高FESEM像、元素含量、吸附一脱附等温曲线分析其模量碳纤维⋯．表面结构、孔隙结构和分形性质，这对于研究石墨纤石墨纤维具有密度小、比强度高、比模量高、热维的结构、性质和储氢特眭具有参考价值．膨胀系数小、阻尼性能

5、优异，且具有导热、导电、耐1实验高温、耐腐蚀、耐疲劳、耐磨损、可加工性等一系列优良性能⋯．石墨纤维因其优异的力学性能常被1．1实验样品与实验仪器实验样品是由昆明电用于增强树脂基]、碳基[3]、金属基]、陶瓷、橡缆厂提供的国产石墨纤维，单丝直径为20m以胶_6和水泥等复合材料；而因其优异的导电性、下，碳的质量分数达95％以上，含有少量或微量的耐腐蚀性、可加工性等性能则被用作电池电极J、其它元素．电磁屏蔽J、抗静电¨。。和吸波1]等功能材料．近实验仪器是美国FEI公司生产的Sirion200型年来碳纤维／石墨纤维等碳基材料

6、因其良好的吸附场发射扫描电子显微镜，加速电压10kV，分辨率性能被用于吸附储氢¨，但是碳纤维／石墨纤维的4．0nm；日本岛津公司生产的ICP一1000Ⅱ型电感收稿日期：2013—05—29基金项目：国家自然科学基金(61067006，11364045)；怀化学院科学研究项目(HHUY2012—08)．作者简介：郑明飞(1984一)，男，湖北人，硕士，讲师，主要从事碳基吸附材料的性能与储氢研究．E—mail：281348595@qq．corn．通信作者：张晋(1962一)，女，云南人，博士，教授，主要从事纳米材料方面的研

7、究．E—mail：zhangjin@ynu．edu．cn．云南大学学报(自然科学版)http：／／www．yndxxb．ynu．edu．ca第36卷径大小、孔径分布，以及吸附质与吸附剂之间相互作用等信息¨，因此研究它有助于描述石墨纤维样品的表面与孔隙的结构，并分析其表面性质和吸附性能等．国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)定义的孔径是小于2nm为微孔、2—50nm为介孑L、大于50nm为大孔．由文献[15]得知石墨纤维样品的氮气吸附一脱附等温曲线属于IUPAC分类的第1类吸附等温曲线，石墨纤维样品属于微孔材料，含有较

8、丰富的p微孔结构．本文继续研究石墨纤维样品表面与孔隙的结构，采用适合于微孑L材料的方法分析其微孔结图2多点BET方法的拟合直线Fig．2AstraightlinefitswiththemuhipointBETmethod构，以补充文献[15]中的不足．2．3．2比表面积在低温静态容量法测量下，计算固体吸附剂的比表面积的方法很多_】