AlN晶須增強碳泡沫基復(fù)合材料的制備及其特性表征.pdf

1、隨著碳電子學(xué)理論及碳納電子器件的興起，近年來碳材料得到了人們越來越多的重視，其中就包括一種新型功能材料----碳泡沫。自從1964年首次報道以來，碳泡沫材料的發(fā)展經(jīng)歷了三個時期：熱分解反應(yīng)階段、新工藝階段和增強型復(fù)合泡沫階段。碳泡沫具有質(zhì)量輕、抗壓縮強度高、比表面積大、空隙率高、耐腐蝕等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用于高性能抗壓減震材料、電池材料、超級電容器電極、濾過材料、儲能材料以及催化劑載體。尤其在熱交換/熱防護(hù)領(lǐng)域、電磁屏蔽/射頻接收領(lǐng)域具

2、有兩面性，深深吸引了研究學(xué)者的目光。
　　 本文的設(shè)計思想為：采用合理的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計，將韌帶型碳泡沫與微球型碳泡沫的結(jié)構(gòu)融合在一起，使制備的復(fù)合泡沫材料在自身結(jié)構(gòu)上相互彌補各自的不足。材料選擇上，選用先進(jìn)的Ⅲ-Ⅴ族AlN納米材料作為增強體，微球碳泡沫作為基體，AlN材料填充韌帶、退火處理后在碳泡沫內(nèi)部形成高性能網(wǎng)絡(luò)韌帶結(jié)構(gòu)。
　　 本文主要內(nèi)容分為以下三個部分：1.前軀體的制備，包括復(fù)分解反應(yīng)制備無定形AlN、堿催化

3、制備甲階酚醛樹脂、微膠囊化原位聚合酚醛樹脂空心微球以及碳泡沫預(yù)制體的制備；2.樣品制備，優(yōu)化實驗流程并提出“兩步法”制備工藝；3.樣品分析，包括形貌表征、物相分析、界面分析，以及樣品力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)性能測試。
　　 測試結(jié)果表明：碳微球粒徑均一、內(nèi)表面光滑，各個微球間呈現(xiàn)最緊密堆積排列；無定形AlN經(jīng)過退火熱處理工藝后重結(jié)晶為晶須，直徑50nm左右，長度10μm以上，在碳泡沫襯底上沿[001]方向生長。XRD衍射峰證明樣品石墨化

4、程度高，且AlN晶須為六方結(jié)構(gòu)。XPS測試發(fā)現(xiàn)在287.5eV處有較明顯的C-N峰出現(xiàn)，這表明AlN和碳泡沫在界面處通過C-N鍵結(jié)合。同時對其力學(xué)性能進(jìn)行測試，通過分析應(yīng)力-應(yīng)變測試結(jié)果，AlN/C復(fù)合泡沫材料的壓縮強度為40.27MPa，相對碳泡沫材料而言提高了近一個數(shù)量級；對樣品光致發(fā)光譜的研究表明，中心波長424nm處存在一尖銳發(fā)光峰且隨溫度升高發(fā)生明顯的紅移現(xiàn)象，系C替Al雜質(zhì)能級躍遷發(fā)光所致；四探針法測電阻表明AlN/C復(fù)合泡