中间相碳微球的改性及性能表征(2)
3.1.3 烘干温度对MCMB结构的影响 18
3.1.4 膨化温度对MCMB结构的影响 18
3.1.5 实验五：膨化时间对MCMB结构的影响 18
3.2 试样处理前后微观形貌图 19
4 结论 21
致谢 22
参考文献 23
中间相碳微球的改性及性能表征
1绪论
尖端技术的迅速发展，迫切需要具有充放电效率高、寿命长等性能的材料。中间相碳微球材料就是其中的一种。而且它还具有质轻、多孔、耐热、耐腐蚀、结构性能好、吸附能力强、易于加工等特点。它可用作高温隔热材料， 催化剂载体，吸附材料， 高温高额电缆绝缘材料， 核反应器的过滤器， 油分离器，腐蚀性气体、液体和熔融金属的过滤器及燃料电池的结构材料等[1]。中间相碳微球材料正在逐步地应用于机械工程、化学工程、核能工程和冶金工程等科学技术领域和现代化生产中。MCMB是锂离子电池中一种很重要的负极材料，它具有充放电效率高、寿命长的特点，但其大电流性能有待提高。国内外，对中间相碳微球材料的研究和生产已做了大量工作。据不全面的调查， 美国、日本和苏联等国家都已发展了他们的典型产品。MCMB是近年来一种新兴的碳石墨材料前驱体，具有低温自烧结性能和杰出的化学稳定性、导电导热性和易石墨化等优点，而成为一种重要的新型碳材料。
1.1 MCMB材料概述
中间相炭微球(Mesocarbon Microbeads ，简称为MCMB)材料是一种新型碳石墨材料 ，它具有独特性能 ，如多孔 、质轻 、耐高低温、耐腐蚀、不溶不熔、结构性能好，易于加工等。所以，除把它作为发汗基材外，还可作高温隔热材料催化载体、吸附材料 、高温条件下高频电缆绝缘材料、核反应堆过滤器、油水分离器、腐蚀性气体或液体过滤器及宇宙返航飞行器和燃料电池的结构材料等等。它能广泛适应于化学工业炼油工业、高分子三大台成工业、核动力工业以及宇航工业等，因此，加强技术开发和推广应用 ，具有光明的前景[2]。根据研究发现MCMB材料是由一连续固体所构成，在这一连续固体中分布有大量相通联通的开放空间或孔隙。MCMB材料的主要用途包括电极、过滤器、化学吸收器、分子筛，振动片、触媒及触媒支持、化学硬件、机械密封、轴承、电子设备、牙科和外科的修复器械 及其他植人物、热泡缘体、轻质结构元件以及复合物基体。MCMB材料用作电极时，发生于碳开孔表面处的电化学反应多于在外层平面表面上发生的电化学反应，因此这种电化学反应是由三文电化学话性而不是由固体电极的平面反应特性所决定的。
图 1.1 MCMB微观照片
1.2 MCMB材料的发展过程
MCMB是随着中间相的发现、研究而发展起来的。最早发现MCMB 的时间可追溯到1961 年，Taylor 在研究煤焦化时发现在镜煤质中有一些光学各向异性的小球体生成、长大进而融并的现象，最终生成了镶嵌结构。实际上，这些各向异性的小球体就是MCMB 的雏形。1964 ～ 1965 年，Brooks 和Taylor 发现在沥青液相炭化初期有液晶状各向异性的小球体的生成，此小球体不溶于喹啉等溶剂中，该小球体即为MCMB 的前驱体(沥青中间相球体) ，这为中间相研究奠定了基础。这时人们对MCMB 的认识还很不足，直到1973 年，才从液相炭化沥青中分离出MCMB ，并开始利用球晶制造无粘结剂各向同性高密度炭材料。在此以后，对MCMB 的研究快速发展起来。1978 年，Lewis 在热台显微镜上发现了中间相的可溶热变特征，并最终认定中间相可以包括溶剂不溶的高分子量组分及溶剂可溶的低分子量组分。此后，日本学者也先后发现了可溶中间相，并对其结构进行了阐述。1985 年持田勋、山田和本田发表了题为《溶剂可溶中间相和溶剂不溶中间相》的文章，发展了炭质中间相理论，为研究MCMB 提供了更有力的理论指导。从中间相炭微球发现至今近40 年来，对MCMB 结构、形成机理、球晶分离技术、应用等领域进行了广泛研究，初步得出了MCMB 的结构模型(“地球仪”型和“洋葱”型) 、形成机理， 并提出了几种生产MCMB 的方法。MCMB 已在诸如高密度高强度炭材料、高性能液相色谱柱填料、高比表面积活性炭、催化剂载体、阳离子交换剂及锂离子二次电池电极等领域得到了应用[3]。