成果简介

本文，北京化工大学 王晓旭副教授团队在《ACS Omega》期刊发表名"Rapid and Continuous Atmospheric Plasma Surface Modification of PAN-Based Carbon Fibers"在这项工作中，开发了一种连续快速的大气等离子体装置，用于快速改性 PAN 基碳纤维 (CFs) 的表面。等离子处理 60 秒后，CF的层间剪切强度 (ILSS) 从 64.9 增加到80.0MPa。进一步的机械和表面结构表征表明，等离子体的效果是不同的，取决于处理时间。当处理时间小于15s时，等离子体的作用主要是物理刻蚀CFs表面，CFs的ILSS迅速增加。进一步延长等离子体处理时间不会增加表面粗糙度，但会促进 CFs 表面上含氧官能团的添加，对应于 ILSS 的较慢生长速率。

通过介质阻挡放电 (DBD) 方法产生大气等离子体，其能量强度明显低于低压下产生的等离子体。因此，提出了CFs的等离子体处理机制：大气等离子体强度不足以同时蚀刻CFs表面的所有碳原子；因此，石墨平面上的碳原子被选择性地蚀刻，然后在蚀刻引起的暴露的碳位点上附着含氧官能团。

图文导读

图1. 连续大气等离子体改性装置示意图。

图2. (a) CFs 不同处理时间的层间剪切强度 (ILSS)、(b) 拉伸强度和 (c) 拉伸模量；(d) 不同处理时间的等离子处理碳纤维的XRD图，(e) 不同处理时间等离子处理碳纤维的晶体平面间距 ( d 002 )，和 (f) 等离子处理碳纤维的晶粒尺寸 ( Lc )时间不同。

图 3. (a-e) SEM 图像和 (f-j) AFM 图像

图4. (a-e) XPS 峰拟合图像和 (f) 不同处理时间等离子处理的CF的O/C和N/C比率。

小结

在这项工作中，开发了一种基于 DBD 方法的大气等离子体装置，用于对 PAN 基碳纤维进行连续表面处理。这种连续等离子处理是一种简便、有效、环保的表面改性方法，对碳纤维行业很有前景。

文献：

https://doi.org/10.1021/acsomega.1c06818

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