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金属氯化物-石墨层间化合物不但具有较高的电导率,而且具有良好的结构稳定性和电导稳定性,可望用来代替铜、铝等金属作导电材料。其制备、结构、性能及应用方面的研究日益活跃,但国内尚无以易于向实用化发展的PAN基炭纤维作宿主制备高导电率金属氯化物-炭纤维层间化合物的报道。由于PAN基炭纤维结构复杂,插入物难于插入炭纤维中的石墨微晶层间,而X射线衍射等结构分析手段又无法反映PAN基炭纤维插层后结构的变化,因此,我们试图以AlCl3作为FeCl3插层的促进剂,解决FeCl3难以在PAN基炭纤维中插层的问题,以易于进行阶结构分析的天然鳞片石墨作宿主,间接反映FeCl3和AlCl3在处于同一反应体系中的PAN基炭纤维中的插层过程。 本文利用混合法在同一反应体系中同时合成了分别以炭纤维和天然鳞片石墨为宿主,以FeCl3和AlCl3为插层剂的石墨层间化合物。系统考察了插层反应温度、保温时间、碳与金属氯化物的摩尔比以及反应物的质量倍数对产物结构和导电性能的影响。运用X射线衍射、扫描电镜和X光电子能谱等现代结构分析测试手段,初步探讨了FeCl3和AlCl3在天然鳞片石墨和炭纤维中的插层过程和机理,并以此为依据分析了插层后炭纤维电导率变化的原因。此外还考察了产物在不同环境和条件下的结构稳定性和电导稳定性。 研究表明,混合法制备三元FeCl3-AlCl3-GIC时插层反应温度、保温时间、碳与金属氯化物的摩尔比以及反应物的质量倍数是影响产物结构和导电性能的主要因素。调节和控制插层反应条件,可制得一阶FeCl3-GIC和一阶AlCl3-GIC相对含量不同的三元FeCl3-AlCl3-GIC。反应体系中的AlCl3既是插层剂,又是FeCl3插层的促进剂。插层反应过程中可能存在通过生成中间产物FeAlCl6,以FeCl3部分替换AlCl3的插层反应机理。插层后炭纤维的电导率明显高于原料炭纤维的电导率,在适宜的插层反应条件下,炭纤维的电导率可以提高一倍以上。产物中的一阶FeCl3-GIC和一阶AlCl3-GIC的相对含量不同是造成炭纤维电导率存在差异的主要原因。产物在室温的空气中具有很好的结构稳定性和电导稳定性。但在HCl、NaOH等液体介质中稳定性较差。