炭纤维表面原位生长碳纳米纤维、螺旋碳纤维及其机理研究任务书.docx

炭纤维表面原位生长碳纳米纤维、螺旋碳纤维及其机理研究任务书
任务书
一、研究背景
碳纤维具有比强度高、比模量大、低密度、耐热性等优异的力学性能和化学稳定性，在航空航天、汽车、体育器材等领域有着广泛的应用。然而，传统的生产方法主要包括聚合物纤维、稳定纤维、碳化纤维等几个步骤，制备过程耗能、环境污染严重，不符合可持续发展的要求。因此，发展高效、环保的碳纤维生产技术具有重要的现实意义。
炭纤维是一种由天然或人工石墨化的原料制成的，具有优秀的机械性能和化学稳定性的纤维。在炭纤维上，可以通过化学气相沉积法（CVD）实现碳纳米管或碳纳米纤维的原位生长。这种方法可以有效降低碳纳米管或碳纳米纤维的生产成本，同时也可以增加纤维的功能化和可控性。但是，在炭纤维表面原位生长碳纳米纤维或碳纳米管的过程中，常会形成螺旋状结构，其形成机理还不十分清楚，需要深入研究。
因此，本研究旨在研究炭纤维表面原位生长碳纳米纤维、螺旋碳纤维的形成机理，探究影响其形态和性能的关键因素，为碳纤维的高效、环保生产提供基础理论支持。
二、研究内容及方案
1.炭纤维表面碳纳米纤维、碳纳米管的原位生长
根据预处理方法和生长条件的不同，分别采用两种常用的CVD生长方法，生长碳纳米纤维和碳纳米管。
2.螺旋碳纤维的形成机理研究
通过对生长结果的扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）的分析，确定螺旋碳纤维的结构形貌，并在此基础上推断螺旋碳纤维形成的机理。
3.影响生长形貌和性能的关键因素研究
通过制备一系列样品并对其生长环境、生长时间等参数进行控制，研究不同因素对形态和性能的影响。
4.结果分析和展望
对实验结果进行分析，总结并提出进一步研究的建议和展望。
三、研究目标
1.确定炭纤维表面原位生长碳纳米纤维和碳纳米管的最佳生长条件，实现高效率、高质量的生长。
2.揭示螺旋碳纤维的形成机理，重点验证外场和生长条件等关键因素对形貌和性能的影响。
3.探究影响生长形貌和性能的关键因素，为生产高性能碳纤维提供理论基础和实验指导。
四、计划进度
第一年：
1.学习文献，设计实验方案。
2.制备炭纤维样品，进行表面处理和CVD生长实验。
第二年：
1.对实验结果进行SEM、TEM、HRTEM等分析，确定螺旋碳纤维的形貌和结构。
2.在此基础上，研究螺旋碳纤维的形成机理。
第三年：
1.设计各种实验条件，研究影响生长形貌和性能的关键因素。
2.对实验结果进行总结分析，并提出进一步研究的建议和展望。
五、经费预算
本项目共需经费200万元，具体包括：
1.实验室设备和材料采购：50万元；
2.论文发表费用：30万元；
3.研究人员工资和生活费：120万元。
六、研究成果
1.发表SCI论文3篇，EI论文5篇。
2.完成1篇独立国家级基金申请，2篇省级基金申请。
3.参加国际学术会议2次，国内学术会议3次，进行口头报告2次以上。
4.提交专利申请1项。
七、研究团队
本项目的研究团队由3名副教授、1名硕士研究生和2名本科实习生组成，其中2名副教授具有丰富的碳材料研究经验。所有研究人员都将参与到实验中，并共同完成项目的研究任务。