石墨烯纳米带的制备方法

石墨烯纳米带(GNRs)是一种新型的一维碳纳米材料,因为它具有独特的尺寸效应、量子效应和界面效应等,使它在电子学和磁学方面有着巨大的应用前景.主要介绍了GNRs的两种制备方法:自上而下法和自下而上法.自上而下的制备方法重点描述解卷碳纳米管(CNTs)法、催化法和刻蚀法;自下而上的制备方法主要包括表面介导合成法和湿法有机合成等.     

石墨烯材料在热管理领域的应用进展

介绍了石墨烯作为高导热材料的研究现状和发展前景，总结了石墨烯材料的制备方法，包括机械剥离法、外延生长法、化学气相沉积法及氧化还原法等；探讨了不同类型石墨烯材料的导热机理，指出石墨烯材料通过声子和电子进行热传导，并以声子导热为主介绍了串联网络热阻模型和导热逾渗模型；归纳了单层或少层石墨烯、石墨烯膜、碳纳米管/石墨烯复合膜及相变高分子/石墨烯复合材料等类型的高导热石墨烯材料在热管理领域的研究和应用进展。     

石墨烯/聚酰亚胺衍生碳纤维复合气凝胶的制备及其导热和力学性能

采用“双向蒸发诱导自组装”策略构建了具有“三明治”结构的石墨烯/聚酰亚胺衍生碳纤维复合气凝胶(S-GPA).通过控制水分沿前驱体浆料上下表面的蒸发过程,基于体积排除效应驱动,使表层溶质倾向于水平排列,而内部组分仍为随机取向的水凝胶状态.经冷冻干燥、石墨化后得到表层致密、内部呈3D多孔结构的S-GPA气凝胶,从而具有水平和垂直方向上的双导热通道.另外,聚多巴胺包覆的氧化聚酰亚胺纤维作为1D增强体,通过共价作用巩固了3D凝胶结构,进一步促进了热流传递及应力分布.因此,S-GPA热界面材料具有质量轻、强度高、导热性好等优点,其拉伸和压缩模量分别为4.2 MPa和81.7 kPa.当被压缩50%时,其面内和面外热导率分别可达72.1和14.5 W/(m·K).本工作为可控制备高性能石墨烯基热界面材料提供了一条有效的路径,有望加速其在热管理领域的研究应用.     

石墨烯/聚偏二氟乙烯界面导热性能的模拟研究

采用分子动力学模拟方法,定性分析石墨烯取向对石墨烯/聚偏二氟乙烯(PVDF)复合材料界面热导的影响,研究石墨烯边缘功能化及其比例与石墨烯/PVDF界面热导之间的关系.研究结果表明调节石墨烯在复合材料中的取向程度及对石墨烯边缘功能化有利于提高石墨烯/PVDF复合材料界面热导.模拟结果为设计和制备高导热复合材料提供新的思路和见解.     

石墨烯在强化传热领域的研究进展

 石墨烯是一种单原子层厚度的二维平面碳纳米材料,具有超高的载流子迁移率、高热导率等特性。本文综述目前石墨烯在强化传热领域的研究进展,包括石墨烯热导率的测试方法,以及石墨烯在纳米流体、热界面材料、高导热复合高分子材料方面的应用,并对未来石墨烯的研究方向进行展望。     

局部焦耳热法降低石墨烯接触电阻的试验研究

局部焦耳热法可简单、有效地降低石墨烯与金属电极的接触电阻,用于改善基于石墨烯纳米器件的性能。本文利用介电电泳方法在金属电极间隙组装石墨烯,制备石墨烯纳米器件原型。组装后石墨烯的接触电阻较高,采用局部焦耳热法降低石墨烯的接触电阻。利用正交试验设计和极差、方差分析,研究局部焦耳热试验中交变电压幅值、电压频率以及通电时间对石墨烯接触电阻的影响。通过分析得出交变电压幅值是主要影响因素,为通电产生局部焦耳热降低石墨烯接触电阻的实际应用提供指导。     

静电植绒法制备石墨微鳞片高导热界面材料

为了制备高导热、低热阻的大面积导热界面材料,使用静电植绒法在高电压静电场下垂直取向石墨微鳞片,取向后的石墨微鳞片阵列在平面方向上呈现无规且紧凑的结构。通过微粉灌注法向石墨微鳞片中填充高密度聚乙烯（HDPE）或聚氨酯微粉,或者通过液态刮涂法填充低黏度硅橡胶前驱体,加热固化后,形成大面积高导热界面材料。导热性能测试结果表明：石墨微鳞片阵列（粒径1 000 μm）与柔性聚氨酯微粉复合形成的导热膜在68.95 kPa和689.5 kPa的压力下测得的垂直方向导热率分别为4.3 W/（m·K）和8.7 W/（m·K）;与柔性硅橡胶复合形成的导热膜在68.95 kPa和344.75 kPa的压力下测得的垂直方向导热率分别为2.0 W/（m·K）和4.1 W/（m·K）;与硬质HDPE微粉复合形成的导热膜由于表面过于粗糙和坚硬,无法测得可靠的导热率。实际散热效果显示,柔性硅橡胶导热膜与石墨纸贴合的散热结构能够将热聚集点的热量快速传递到石墨纸表面,并通过石墨纸层均匀散开。     

石墨烯量子点的制备及其在食品安全领域的应用研究

石墨烯量子点(GQDs)是一种新型的荧光碳纳米材料,它不仅具备了石墨烯的优良特性,而且因量子点的量子限域效应和边界效应也具备了光致发光等石墨烯所不具备的性质,而且在细胞毒性、生物相容性等方面也有更好的表现.近年来,石墨烯量子点的应用领域已由材料学逐渐扩展到了医学、药学、生物学、环境学乃至食品安全领域.主要阐述了石墨烯量子点的制备方法以及在食品安全领域的应用前景.制备方法主要包括自上而下法(Top-down)和自下而上法(Bottom-up),其中自上而下法(Top-down)主要包括化学剥离碳纤维法、水热法和电化学法等;自下而上法(Bottom-up)主要包括溶液化学法、超声波法和微波法等.随着GQDs在各领域应用的不断深化,对其形貌和尺寸控制也提出了更高的要求,对合成方法中能精确控制GQDs形貌和尺寸的方法进行了介绍,并对各种方法的优缺点进行了对比.石墨烯量子点作为一种良好的荧光探针,在食品安全检测、重金属离子检测、生物毒素检测、医学指标检测和药物检测等领域具有非常广阔的应用前景.     

高导热石墨烯/萘甲醇复合薄膜的制备及其在LED上的应用

石墨烯由于具有超高的导热性能,在热管理上有着广阔的应用前景。从修复结构缺陷出发,以氧化石墨烯为原料,有机小分子萘甲醇为修复剂,采用蒸发自组装法制备氧化石墨烯/萘甲醇(GO/NMT)复合薄膜,然后经过高温石墨化得到石墨化–石墨烯/萘甲醇(g-GO/NMT)薄膜。通过SEM、FT-IR、XRD、拉曼对制备的复合薄膜进行结构分析,并对其导热性能进行测试,当NMT的添加量为15%时,薄膜热导率达856.476 W/(m·K ),比石墨化–石墨烯(g-GO)薄膜的热导率提高了35%;通过对商用LED灯芯实际散热进行测试,g-GO膜的表面温度高达33.7 ℃,而g-GO/NMT复合膜的温度较低,仅为31.5 ℃。研究结果表明,g-GO/NMT复合膜具有更好的散热性能和更有效的热管理能力。     

高导热石墨烯/萘甲醇复合薄膜的制备及其在LED上的应用

石墨烯由于具有超高的导热性能,在热管理上有着广阔的应用前景。从修复结构缺陷出发,以氧化石墨烯为原料,有机小分子萘甲醇为修复剂,采用蒸发自组装法制备氧化石墨烯/萘甲醇(GO/NMT)复合薄膜,然后经过高温石墨化得到石墨化–石墨烯/萘甲醇(g-GO/NMT)薄膜。通过SEM、FT-IR、XRD、拉曼对制备的复合薄膜进行结构分析,并对其导热性能进行测试,当NMT的添加量为15%时,薄膜热导率达856.476 W/(m·K ),比石墨化–石墨烯(g-GO)薄膜的热导率提高了35%;通过对商用LED灯芯实际散热进行测试,g-GO膜的表面温度高达33.7 ℃,而g-GO/NMT复合膜的温度较低,仅为31.5 ℃。研究结果表明,g-GO/NMT复合膜具有更好的散热性能和更有效的热管理能力。     

基于相变材料的锂离子电池热管理

相变材料被动式冷却利用相变材料相变时温度基本保持不变吸收或放出热量的特性,对电池组进行热管理。该冷却方式具有寄生功耗低、温度均匀性好、吸收或释放热量多等特点。但由于相变材料导热系数普遍较低,难以满足电动汽车在高电流密度工况下的电池热管理要求,从而限制了相变材料在电池热管理中的进一步应用。如何有效地提高相变材料的导热系数,同时保证其储热能力和化学稳定性,成为了研究相变材料电池热管理系统的关键问题。通过强化传热措施包括添加导热颗粒、金属翅片、泡沫金属和膨胀石墨可提高相变材料的导热系数。总结了四种强化相变材料传热的措施的研究进展,并概述了其传热措施的影响因素和强化传热效果。     

生物活性梯度涂层的结构与动物实验

采用先进的表面技术复合制备生物活性梯度涂层材料。通过与rhBMP-2生物组装获得具有骨诱导功能的复合人工骨材料，这种材料在植入动物体内3周后即可形成大量的新生骨细胞和骨组织，新生骨组织沿着涂层的微孔长入，与涂层结合紧密。16周后新生骨组织矿化均匀，形成比较成熟的、排列有序的层板编织骨。作为对比研究的金属钛合金植入体与骨组织结合的界面中只是形成大片的纤维组织，而未见新生骨组织。     

碳化硅表面高温改性法热场模拟研究

SiC表面高温改性法制备出的石墨烯的质量较高且可以直接通过光刻在SiC衬底上制作器件,是目前最有希望大规模制备石墨烯的方法之一。但是其产热和导热过程比较复杂,给热场设计带来了较大的难度。本文借助计算机热场模拟技术解决了这个难题,模拟出了与事实相符的结果,并在此基础上优化了坩埚设计,最终指导工艺实验生长出了层数分布均匀的石墨烯。     

石墨烯增强金属基纳米复合材料的研究进展

石墨烯的导电、导热以及机械性能优异,是制备先进金属基纳米复合材料理想的增强相.本文总结了近年来关于石墨烯增强金属基纳米复合材料研究的最新进展,内容包括该材料的制备方法、机械性能、摩擦学性能以及主要物理化学性能等.最后,基于现阶段存在的问题,展望了石墨烯增强金属基复合材料的发展趋势.     

高导热碳/碳复合材料的制备

以中间相沥青和中间相沥青基碳纤维为原料, 采用碳布热压法、液相浸渍法制备了二维和三维高导热碳/碳复合材料, 且所制得复合材料的热导率分别高达443和340 W/(m·K). 依据碳/碳复合材料的热导率模型, 分析了不同结构特征参数对材料热导率的影响. 结果表明, 基体碳热导率、孔隙率以及界面相厚度均会在一定程度上影响材料的导热性能.     

新型铜颗粒填充的液态金属热界面材料导热性能实验研究

为强化界面传热,研制了一种以铜颗粒为填充材料、Ga62.5In21.5Sn16液态金属为基体的新型复合热界面材料,并对其导热性能进行了测试。首先将所制备的热界面材料放置在两片铜片之间,制备3层结构试样,然后利用激光导热仪测量所制备试样的导热性能,并计算相应试样的接触热阻。实验结果表明:铜颗粒填充型液态金属可以大大提高氧化后液态金属作为热界面材料的性能,利用铜粉质量分数分别为5%和10%的液态金属所制备的试样,导热系数和接触热阻分别为(200.33±15.66)、(233.08±18.07)W/(m·K)和(7.955±0.627)、(5.621±0.437)mm2·K/W,较利用氧化后液态金属所制备试样的导热系数分别约提高了68%和96%,接触热阻分别约降低了57%和70%,并可以有效降低液态金属的流动性,从而减少液态金属在使用过程中溢出现象的发生。     

基于石墨烯的多维度材料构筑及性能研究进展

 石墨烯是碳原子以六角形密堆积形成的二维原子晶体,具有独特的物理化学性质,在电子器件、能源环境和生物医学等领域有着广阔的应用前景。石墨烯的可控制备和组装是其实现实际应用的前提条件。近年来,相继开发出一系列石墨烯自组装与结构调控的技术方法,得到了多种结构特异、组成丰富和性能独特的石墨烯基多维度结构。本文从水溶性的氧化石墨烯出发,综述从零维到三维一系列不同维度和尺度石墨烯的自组装行为和材料构筑策略。对石墨烯的不同组装结构进行系统分类,提出其多维度组装体系的概念。石墨烯的多维度组装体系,在微纳米尺度上包括零维度的石墨烯基纳米颗粒和一维的石墨烯纳米线,在宏观尺度上包括二维石墨烯薄膜和三维的宏观体结构,最后对相关研究领域的发展趋势进行了总结和展望,结合计算化学的相关结果,预测了一系列未开发的石墨烯自组装结构。     

石墨烯/弹性体纳米复合材料研究进展

石墨烯材料由于其超薄的纳米片层结构,优良的导热、导电功能特性,在弹性体复合材料领域已经取得了众多的应用,并赋予了橡胶复合材料更强的动静态力学性能以及导电导热等功能性。本文从石墨烯的制备开始,重点综述了石墨烯的制备及表面修饰,石墨烯/弹性体制备方法,以及复合材料的各项性能,并阐述了三者之间的相互关联。最后提出了石墨烯/弹性体纳米复合材料领域未来应关注的科学和技术问题。     

水基石墨烯纳米流体的制备及导热性能

利用改性Hummers法制备氧化石墨烯(GO),并以硼氢化钠为还原剂通过控制还原时间制得不同还原程度的还原氧化石墨烯(rGO);采用两步法将GO或rGO分散在水中,通过控制超声时间得到不同粒径的水基石墨烯纳米流体;测量纳米流体的导热系数,研究测量温度、石墨烯含量、粒径和还原时间对它的影响。结果表明:水基石墨烯纳米流体的导热系数显著大于基液的,且随着测量温度、石墨烯含量的增加呈线性增大;与GO-水纳米流体相比,rGO-水纳米流体导热性能更好,并且其导热系数随着还原时间的延长而增大;水基石墨烯纳米流体的导热系数随着粒径的增加而增大,且粒径对还原15 min的rGO-水纳米流体导热系数影响最为显著。     

定型相变热界面材料:低密度聚乙烯/石蜡/铝复合材料

热界面材料在电子器件热管理中起着至关重要的作用，可显著降低接触热阻。由于固–液接触面之间的接触热阻比固–固接触面小得多，但传统的固–液相变材料存在易泄漏问题。因此，本研究工作研制了一种导热增强的定型相变热界面材料。通过石蜡(PW)和低密度聚乙烯(LDPE)的熔融共混，提高了PW的稳定性，PW/LDPE复合材料的泄漏率仅为0.8%，添加15wt%的Al粉提高其导热系数67%。此外，系统地研究了Al粉的添加对PW/LDPE基体的内部结构、热性能和相变行为的影响。系列结果证实，形状稳定的PW/LDPE/Al热界面材料在电子器件热管理领域具有良好的应用潜力。