對焦炭微觀結(jié)構(gòu)的認識及研究進展

劉 圓，謝全安,2，程 歡,2，王杰平,2，梁英華,2，趙昊達

(1.華北理工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，河北 唐山 063009；2.河北省煤化工工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063009)

0 引 言

煉焦煤在隔絕空氣的條件下升溫至1 000 ℃左右，經(jīng)過熱解、熔融、固化、收縮等過程，得到1種質(zhì)地堅硬、含有較多裂紋和孔隙的碳質(zhì)固體材料被稱為焦炭。焦炭大多用于高爐煉鐵，在高爐中發(fā)揮著供熱、滲碳、還原劑和骨架支撐作用[1]。高爐煉鐵能否順利進行，很大程度取決于焦炭的性能，而焦炭的性能由其結(jié)構(gòu)決定，即焦炭微觀結(jié)構(gòu)是影響焦炭質(zhì)量的主要因素。

焦炭作為1種多孔的脆性材料，其微觀結(jié)構(gòu)主要包括基質(zhì)結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)。針對焦炭的光學(xué)組織、微晶結(jié)構(gòu)和微米氣孔等微觀結(jié)構(gòu)已有部分研究[2-36]，對焦炭不同孔隙結(jié)構(gòu)的表征具有一定的相應(yīng)手段，并初步建立了焦炭基質(zhì)結(jié)構(gòu)與宏觀性質(zhì)的定性關(guān)系，但由于焦炭微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，目前對于焦炭微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能的定量關(guān)系尚不明確，需系統(tǒng)介紹對焦炭基質(zhì)結(jié)構(gòu)、孔隙結(jié)構(gòu)的認識以更深入了解焦炭微觀結(jié)構(gòu)，闡述焦炭微觀結(jié)構(gòu)隨溶損反應(yīng)的演變，以便更好地指導(dǎo)配煤煉焦。

1 對焦炭基質(zhì)結(jié)構(gòu)的認識

焦炭基質(zhì)部分構(gòu)成了焦炭最主要的性質(zhì)，對焦炭的基質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究手段主要有光學(xué)顯微組織、X射線衍射、高分辨率透射電鏡和拉曼光譜等。

1.1 光學(xué)顯微組織

煉焦煤在高溫作用下，活性組分軟化形成中間相小球體，小球體間相互融合、長大、固化形成光學(xué)顯微組織結(jié)構(gòu)[4]。通常采用光學(xué)顯微鏡觀測焦炭的光學(xué)顯微組織，根據(jù)碳結(jié)構(gòu)形態(tài)和等色尺寸的差異劃分為：各向同性、細粒鑲嵌、中粒鑲嵌、粗粒鑲嵌、纖維組織、片狀組織、絲質(zhì)及破片狀組織。

光學(xué)顯微組織主要受煉焦煤性質(zhì)的影響。項茹等[5]對煉焦煤的鏡質(zhì)組反射率和焦炭的光學(xué)組織進行研究，發(fā)現(xiàn)鏡質(zhì)組反射率各區(qū)間比例的變化，引起焦炭光學(xué)顯微組織發(fā)生改變，進而影響焦炭的熱性能。PUSZ S[6]等發(fā)現(xiàn)煉焦煤的雙反射率越大，對應(yīng)焦炭的各向異性程度越強。

光學(xué)顯微組織對焦炭宏觀性質(zhì)影響較大，尤其是對熱性質(zhì)有直接影響。大量研究結(jié)果表明，各向同性組織抗CO2能力較弱，反應(yīng)性較強；鑲嵌、纖維組織等各向異性組織對溶損反應(yīng)具有抑制作用，抗溶損能力較強。程歡等[7]采用偏光顯微鏡和焦炭多溫度點熱性能分析裝置，對6種焦炭進行光學(xué)顯微組織和多溫度點的熱性能檢測，發(fā)現(xiàn)焦炭的起始反應(yīng)溫度和平均溶損速率與各向異性指數(shù)OTI呈拋物線規(guī)律。江鑫等[8-9]通過對比焦炭加入堿金屬反應(yīng)前后的光學(xué)顯微組織，研究發(fā)現(xiàn)，當堿金屬不存在時，各向異性組織與CO2反應(yīng)性最低，抗溶損能力最強；隨著含堿量的增加，各向同性組織在溶損反應(yīng)時大多能保持原有的形態(tài)，鑲嵌組織、纖維組織光學(xué)特性減弱，結(jié)構(gòu)明顯被破壞，各向同性組織抗堿金屬侵蝕能力更強。

1.2 X射線衍射

煉焦煤在1 000 ℃條件下進行高溫熱解時，煤中芳香環(huán)周圍的小分子側(cè)鏈不斷的分解脫落，大分子芳香環(huán)縮合，最終形成焦炭的微晶組織。焦炭的微晶組織通常采用X射線衍射儀(XRD)進行研究，根據(jù)謝樂公式和布拉格公式，可推導(dǎo)出焦炭的微晶參數(shù)：分別為碳層片直徑La、層片堆垛高度Lc、層片間距d002。

焦炭的微晶組織與煉焦煤直接相關(guān)，胡德生[10]通過對不同變質(zhì)程度的單種煤所得焦炭進行XRD檢測，并計算出各微晶參數(shù)，發(fā)現(xiàn)La、Lc與煉焦煤鏡質(zhì)組反射率呈二次曲線關(guān)系。吳曉英[11]采用XRD研究了不同變質(zhì)程度的煙煤在1 500 ℃所得焦炭的微晶組織，發(fā)現(xiàn)低變質(zhì)程度煙煤的焦炭微晶程度小，固定碳含量低；高變質(zhì)程度煙煤的焦炭微晶程度大，固定碳含量多。孫崇等[12]通過把焦炭加熱至1 100 ℃和1 300 ℃，并分析微晶組織，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過1 300 ℃處理的焦炭石墨化度更大，隨著溫度的升高，焦炭的微晶有序度提高。焦炭在受到二次加熱后，促使碳層片重新排列，導(dǎo)致層片的直徑、堆垛高度增大，層片的間距減小。X射線衍射方法參照的是石墨晶體研究方法，但焦炭的碳微晶不是完全石墨化的，因此采用此方法研究焦炭的微晶結(jié)構(gòu)存在不足，通過微晶參數(shù)來表征焦炭微觀結(jié)構(gòu)的準確性仍需進一步研究。

1.3 高分辨率透射電鏡

高分辨率透射電鏡技術(shù)(HRTEM)通過對碳材料直接采集圖像，然后對圖像進行復(fù)雜的統(tǒng)計、處理和分析，得到碳微晶結(jié)構(gòu)參數(shù)。HRTEM技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于煤和焦炭的微晶結(jié)構(gòu)研究，SHARMA等[13]采用HRTEM技術(shù)對不同變質(zhì)程度煤的結(jié)構(gòu)進行定量分析，發(fā)現(xiàn)褐煤和高揮發(fā)分煙煤的芳香層數(shù)和大小基本一致，而低揮發(fā)分煙煤和無煙煤層數(shù)、尺寸較大。張琢等[14]提出了評價焦炭微晶結(jié)構(gòu)有序度的參數(shù)，包括微晶尺寸、曲率、傾角分布等。SHARMA等[15]從HRTEM圖像中獲得了酚醛樹脂的微晶結(jié)構(gòu)參數(shù)，又采用XRD方法得到了相似的參數(shù)，對比發(fā)現(xiàn)兩者具有良好的一致性。

由于高分辨率透射電鏡觀測到的樣本量很小，一般為納米級，檢測結(jié)果是否具有代表性的問題一直存在，在測試過程中盡量檢測更多的點，然后對所得結(jié)構(gòu)參數(shù)取平均值來減小誤差。雖高分辨率透射電鏡技術(shù)可定量地分析焦炭的微晶結(jié)構(gòu)，但對圖像處理過程的要求較高，處理過程不是標準化、固定的，所得結(jié)果只適用于同一處理系統(tǒng)[16-18]。

1.4 拉曼光譜

通過拉曼光譜可對物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)進行定量分析，現(xiàn)已被廣泛的應(yīng)用于煤和焦炭的研究。焦炭的拉曼圖譜可擬合為G峰和D峰，G峰為石墨碳分子振動峰，反映分子結(jié)構(gòu)的有序度，D峰與分子結(jié)構(gòu)間的缺陷相關(guān)[19-20]。

韓嚴杰等[21]研究顯示焦炭的拉曼組織與反應(yīng)性有較好的相關(guān)性，D峰的比值越大，焦炭的反應(yīng)性越好。SHENG C[22]等利用拉曼光譜分析了煤在不同條件下熱解微觀結(jié)構(gòu)的變化，隨著熱處理時間的延長，G峰占峰總面積的比值增大，表明煤熱解過程中無序結(jié)構(gòu)逐漸向有序的石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。RANTITSCH G[23]等研究了不同種焦炭在溶損反應(yīng)過程中的拉曼結(jié)構(gòu)變化，研究顯示焦炭的拉曼結(jié)構(gòu)逐漸向有序化轉(zhuǎn)變。

拉曼光譜具有操作簡單、測試速度快、樣品制備簡單等優(yōu)點，但也有其不足，比如拉曼散射強度容易受光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的影響，對儀器的精度要求較高，以及不同拉曼振動峰相互交疊不易分辨[24]。

總結(jié)以上研究發(fā)現(xiàn)，研究焦炭基質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法及手段較為豐富，也取得一定的研究成果，增強了對于焦炭微觀結(jié)構(gòu)的認識，初步建立了焦炭基質(zhì)結(jié)構(gòu)與宏觀性質(zhì)的定性關(guān)系。但由于焦炭基質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，仍需綜合多種手段進一步加深對焦炭基質(zhì)結(jié)構(gòu)的認識，嘗試揭示焦炭基質(zhì)結(jié)構(gòu)與宏觀性質(zhì)的定量關(guān)系。

2 對焦炭孔隙結(jié)構(gòu)的認識

煉焦煤成焦過程中由于氣體析出而形成大量氣孔，分為開氣孔和閉氣孔。其中，前者是氣體克服了膠質(zhì)體的阻力，溢出時形成通道，產(chǎn)生氣孔與外界直接相連的開氣孔；后者因為氣體的壓力小于膠質(zhì)體的阻力而形成了閉氣孔。由于分析尺度的不同，焦炭孔結(jié)構(gòu)分為微米孔和納米孔：根據(jù)孔徑的大小，將微米孔分為大于100 μm的大氣孔、20 μm～100 μm的中氣孔和小于20 μm的小氣孔。國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)把納米孔分為大于50 nm的大孔、20 nm～50 nm的中孔和小于20 nm的微孔3類[25]。一般情況下，根據(jù)焦炭孔徑大小需要采用不同的研究手段。大孔通常采用顯微圖像分析法檢測，10 μm～100 μm的孔主要采用壓汞法進行測量，納米孔結(jié)構(gòu)一般采用氣體吸附法分析。

2.1 顯微圖像分析法

通過顯微圖像分析法測定焦炭氣孔時，利用焦炭表面圖像灰度閾值的不同，分辨、識別出氣孔和氣孔壁，并通過氣孔與氣孔壁面積等數(shù)據(jù)自動計算出氣孔率、孔徑分布、平均壁厚等參數(shù)。在20世紀80年代，國外已經(jīng)開始用圖像分析法對焦炭的孔結(jié)構(gòu)進行表征，但國外的相應(yīng)儀器價格十分昂貴、操作繁瑣，我國還未對此有相關(guān)研究。直到1996年，陳利頤等[26]開發(fā)了707焦炭氣孔結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用圖像分析技術(shù)檢測出氣孔率、平均孔徑和平均壁厚等參數(shù)，該系統(tǒng)具有操作簡單、運行成本低、硬件可靠等優(yōu)點，為我國顯微圖像法分析焦炭技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。張代林[27]使用Optimas6.5圖像處理與分析軟件對7種不同焦炭的氣孔結(jié)構(gòu)研究，確定了最佳灰度閾值，并運用此灰度閾值對焦炭氣孔圖像進行分割識別，得到相應(yīng)的氣孔結(jié)構(gòu)參數(shù)。圖像分析法也可用于煤巖分析，王越等[28-30]采用圖像分析法檢測煤巖反射率，對圖像灰度與反射率建立線性關(guān)系，研究表明檢測結(jié)果達到了傳統(tǒng)光度計法相同的測試精度；同時分析了圖像分析法自動檢測煤巖顯微組分研究現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)圖像分析法相比人工法測試精度和效率更高，具有較好的發(fā)展前景。

2.2 壓汞法

壓汞法通常被用于檢測焦炭的中、大孔結(jié)構(gòu)，該方法是基于汞的表面張力，汞對大多數(shù)固體表面為非潤濕，需施加一定的壓力，將汞壓至焦炭孔隙結(jié)構(gòu)中，故壓汞法一般只能表征焦炭的開氣孔。壓入孔中汞的量代表焦炭的孔體積，焦炭的孔徑分布根據(jù)壓汞時的不同壓力計算得到[31]。壓汞法是1種操作簡單、試驗周期短、比較理想的測定焦炭孔結(jié)構(gòu)的方法，但因為焦炭內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，該方法對孔隙的測定還有一定的誤差。常東武、王紅梅等[32-35]對壓汞法測定孔隙的誤差來源進行分析，計算時用到的Washburn公式假定樣品所有的孔均為圓柱形，且測定時液態(tài)汞須進入孔中，焦炭的孔多種多樣，實際操作中幾乎不可能如此理想；汞具有壓縮性，在檢測過程中汞不斷地承受著外界高壓而導(dǎo)致體積發(fā)生變化，從而對檢測結(jié)果產(chǎn)生誤差。

2.3 氣體吸附法

氣體吸附法利用毛細凝聚和體積等效代換原理，使焦炭樣品氣孔表面在低溫下發(fā)生物理吸附，當吸附達到平衡時，通過測量焦樣此時吸附壓力和氣體吸附量，繪制出其等溫吸、脫附曲線，并依據(jù)不同的理論模型計算比表面積、孔體積和孔徑分布。通常采用BET方程求出試樣單分子層吸附量，從而計算出試樣的比表面積；一般采用BJH模型計算孔徑分布，此外孔徑分布計算方法還有DFT、DH等模型。采用氣體吸附法測定焦炭孔結(jié)構(gòu)的吸附質(zhì)主要包含N2和CO22種，N2的擴散能力較小，主要用來測定1.5 nm～100 nm的孔，CO2在實驗室條件下比N2擴散能力強，更易達到吸附平衡，可用于測定小于2 nm的孔。陳金妹等[36]發(fā)現(xiàn)氣體吸附法只適合測定小孔的比表面積，在測定大孔的孔徑時誤差較大，因為孔徑越大越不容易達到平衡，氣體吸附法測定的最大極限在100 nm左右。

總結(jié)以上研究發(fā)現(xiàn)，焦炭的孔隙結(jié)構(gòu)無論是從尺寸分布還是形狀方面均比較復(fù)雜，目前雖然對焦炭不同孔隙結(jié)構(gòu)的表征具有一定相應(yīng)手段，但離全面揭示焦炭孔隙結(jié)構(gòu)，建立其與焦炭宏觀性質(zhì)的定量關(guān)系仍有一定距離。

3 焦炭微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能的關(guān)系

3.1 焦炭基質(zhì)結(jié)構(gòu)對宏觀性能的影響

焦炭宏觀性能包含冷態(tài)性能和熱態(tài)性能，且2者都與基質(zhì)結(jié)構(gòu)直接相關(guān)。楊勝秋[37]研究了光學(xué)顯微組織與冷態(tài)強度的關(guān)系，研究表明光學(xué)單元尺寸大小與冷態(tài)強度的關(guān)系不是線性的，一般來講，光學(xué)單元尺寸最小的各向同性碳冷態(tài)強度是最低的，鑲嵌結(jié)構(gòu)具有一定的連續(xù)性、界面間相互嵌合，所以焦炭生成的裂紋彎曲、相互交叉，能有效阻止裂紋的延伸擴展，比較難生成大的裂紋，因而冷態(tài)強度較高。而纖維狀結(jié)構(gòu)和片狀結(jié)構(gòu)具有較大的光學(xué)單元尺寸，使得生成的裂紋沿著界面間延伸，導(dǎo)致冷態(tài)強度較低。張代林等人[38-39]采用多元線性回歸方法確定了光學(xué)顯微組織與抗碎強度的關(guān)系，研究結(jié)果顯示鑲嵌結(jié)構(gòu)回歸方程前的系數(shù)為正值，表明鑲嵌結(jié)構(gòu)較多的焦炭通常具有較高抗碎強度，認為各鑲嵌結(jié)構(gòu)單元間以化學(xué)鍵相連，需要很大的能量才能將其破壞，因而強度較高；而各向同性和片狀結(jié)構(gòu)方程前的系數(shù)為負值，表明各向同性和片狀結(jié)構(gòu)較多的焦炭通常具有較低抗碎強度，各向同性結(jié)構(gòu)間碳排列雜亂、無序，在受到外力作用時極易解體破碎，各片狀結(jié)構(gòu)間常以分子間作用力結(jié)合，在受到外力作用時容易斷裂而生成裂紋，因而強度較低。

不同光學(xué)顯微組織與CO2的反應(yīng)性不同，呂慶等[40]研究了焦炭光學(xué)各向異性指數(shù)(OTI)與熱性能的關(guān)系，隨著OTI指數(shù)的增大，各向異性程度增大，碳結(jié)構(gòu)逐漸更加有序，使暴露出的活性位點減少，阻礙與CO2的反應(yīng)進程，反應(yīng)性降低，反應(yīng)后強度提高。各向同性組織的碳層間距比較大，碳結(jié)構(gòu)雜亂無章，在進行溶損反應(yīng)時，活性碳原子可以從各個方向吸附CO2，使得各向同性組織與CO2反應(yīng)性較高；各向異性組織的碳層間距比較小，碳層尺寸較大，結(jié)構(gòu)也更有序，只有少量的活性碳原子與CO2結(jié)合發(fā)生反應(yīng)，使其反應(yīng)性降低。焦炭的微晶組織對宏觀熱性能也有影響，房永征等人[41]發(fā)現(xiàn)微晶組織單元尺寸越大，結(jié)構(gòu)致密有序，抗CO2侵蝕能力越強，熱性能越好；反之微晶組織單元尺寸越小，微晶層片間距越大，越容易與CO2反應(yīng)，熱性能也就越差。

3.2 焦炭孔隙結(jié)構(gòu)對宏觀性能的影響

焦炭是1種多孔的脆性材料，它的氣孔結(jié)構(gòu)對冷態(tài)強度有很大程度的影響。一般來說，焦炭的氣孔率越低，冷態(tài)強度就越高，如果焦炭的大氣孔較多，焦炭表面形狀也就越不規(guī)則，形成缺陷和裂縫，導(dǎo)致機械強度降低[42-44]。張國富[45]研究了焦炭氣孔結(jié)構(gòu)與抗拉強度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)孔徑大于100 μm的氣孔量對抗拉強度的影響最大，小氣孔對抗拉強度的影響有限。陳啟厚等人[46]的研究表明焦炭的抗拉強度不僅僅取決于氣孔的大小和氣孔率，還和氣孔的形狀有關(guān)。焦炭孔結(jié)構(gòu)是影響其熱態(tài)性能主要因素，大氣孔和微小氣孔在溶損反應(yīng)過程發(fā)揮的作用不一樣，大孔結(jié)構(gòu)為溶損反應(yīng)提供氣體通道，對焦炭的反應(yīng)性有著的直接影響；而微小氣孔的比表面積較大，增大了與CO2的接觸面積，對熱性能的影響也不能忽視。李應(yīng)海等人[47]發(fā)現(xiàn)隨著氣孔率和平均孔徑的增加，反應(yīng)性增大，反應(yīng)后強度降低；隨著平均氣孔壁厚的增加，反應(yīng)性降低，反應(yīng)后強度增大。張玉桂等[48]研究了6 m焦爐的焦炭氣孔與熱性能的關(guān)系，結(jié)果顯示焦炭氣孔率與熱性能的相關(guān)性較強，氣孔率每增加1%，反應(yīng)后強度相應(yīng)的降低1.46%，在實際生產(chǎn)中可以通過氣孔率來預(yù)測焦炭的熱強度值。

4 焦炭微觀結(jié)構(gòu)隨溶損反應(yīng)的演變

各向同性組織更易與CO2反應(yīng)，不同光學(xué)顯微組織的溶損演變規(guī)律不同，崔平[49]測定了焦炭溶損反應(yīng)前后的光學(xué)組織，發(fā)現(xiàn)與CO2反應(yīng)性較高的各向同性、絲質(zhì)及破片狀組織溶損后明顯減少，粗粒鑲嵌、纖維狀、片狀組織含量明顯增加，各向異性指數(shù)OTI增大，表明各向同性組織比各向異性組織反應(yīng)活性更大。若想降低焦炭的反應(yīng)性、提高熱強度，需要降低各向同性組織含量。高爐存在堿負荷，Zhu等[50-53]研究了存在堿金屬條件下的焦炭熱態(tài)性能，發(fā)現(xiàn)堿金屬對不同的光學(xué)組織催化程度不同，在無堿條件下各向同性組織的反應(yīng)性較高，但各向異性組織對堿金屬的吸附力、滲透力更強，破壞了原來穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了富堿條件下各向異性組織抗CO2侵蝕能力變差。

焦炭的孔結(jié)構(gòu)對溶損反應(yīng)發(fā)揮了重要的作用，同時反應(yīng)過程中焦炭的孔結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的改變。在高爐內(nèi)焦炭的溶損劣化過程非常復(fù)雜，溶損反應(yīng)通常發(fā)生在900 ℃～1 300 ℃的軟熔帶附近，除CO2之外，高爐內(nèi)的CO、H2O等氣體對焦炭的溶損也有影響[54]。對此，不少學(xué)者研究了焦炭在不同溫度和不同反應(yīng)氣氛條件下的溶損行為，探究焦炭宏觀性質(zhì)與氣孔等微觀結(jié)構(gòu)演變的關(guān)系。王杰平等[55]研究了反應(yīng)溫度900 ℃～1 200 ℃時焦炭氣孔的演變，發(fā)現(xiàn)在低于1 100 ℃的低溫條件下的焦炭是Ⅰ類吸附等溫線，表示微孔較多；隨著溫度升高，轉(zhuǎn)變?yōu)棰蝾愇降葴鼐€，表示有較多中孔、大孔。對氣孔進行檢測，結(jié)果顯示比表面積、孔體積隨溫度升高先增后減，在低溫條件下時，溶損速率較慢，CO2分子向內(nèi)擴散的阻力較小，可以進入焦炭的內(nèi)部，生成大量的微孔，比表面積較大；而高溫條件下的溶損速率較快，焦炭表面的CO濃度增加，阻礙CO2分子向內(nèi)擴散，溶損局限在焦炭的表層，相鄰的中、小孔合并，導(dǎo)致孔徑增加，比表面積減小。XU等[56]研究了分別在CO2和H2O氣氛下的溶損，發(fā)現(xiàn)焦炭在H2O氣氛下反應(yīng)更劇烈，反應(yīng)消耗了更多的各向同性結(jié)構(gòu)，碳結(jié)構(gòu)有序度更高，更容易形成大于500 μm的大孔，反應(yīng)后焦炭結(jié)構(gòu)更松散，轉(zhuǎn)鼓強度急劇下降。

5 結(jié)論與展望

通過綜述對焦炭微觀結(jié)構(gòu)的認識及研究進展現(xiàn)狀可以得出如下結(jié)論：

(1)采用傳統(tǒng)的光學(xué)顯微分析和X射線衍射方法表征焦炭的基質(zhì)結(jié)構(gòu)，對焦炭基質(zhì)結(jié)構(gòu)與宏觀熱性質(zhì)的關(guān)系奠定初步認識。隨著高分辨率透射電鏡和拉曼光譜等新技術(shù)的補充，從晶體結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)角度進行研究，加深對焦炭基質(zhì)結(jié)構(gòu)的認識。

(2)采用傳統(tǒng)的顯微圖像法分析焦炭的孔隙結(jié)構(gòu)，可測得焦炭微米級氣孔率、平均孔徑等參數(shù)，對焦炭孔隙結(jié)構(gòu)有了初步認識。壓汞法和氣體吸附法的補充可進一步分析更小的孔徑，如納米級到微米級的過渡孔和納米孔等。然而，焦炭的氣孔結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，靠現(xiàn)有手段全面認識焦炭的孔隙結(jié)構(gòu)仍有1段距離。

(3)依靠現(xiàn)有方法表征焦炭的基質(zhì)結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)，已初步建立焦炭微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性質(zhì)之間的定性關(guān)系，如光學(xué)組織中的光學(xué)各向異性程度、微晶尺寸、孔隙率等參數(shù)與焦炭冷熱態(tài)性質(zhì)緊密相關(guān)，但建立兩者之間的定量關(guān)系仍具有較大困難。研究焦炭微觀結(jié)構(gòu)隨溶損反應(yīng)的演變，可以更好地認識焦炭的宏觀熱性能。

(4)精密檢測儀器和計算機的發(fā)展有利于提高對焦炭微觀結(jié)構(gòu)的認識，未來需要從煉焦煤成焦機理入手，探尋焦炭微觀結(jié)構(gòu)形成規(guī)律，建立新型煤-焦質(zhì)量對應(yīng)關(guān)系，從而更加精細化的指導(dǎo)配煤煉焦生產(chǎn)。