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。     

石墨烯量子点用于修复石墨烯结构缺陷及其薄膜导热性能研究

为解决GO制备过程中,不可避免引入的石墨烯拓扑结构缺陷对热传递性能的显著影响,研究采用石墨烯量子点(GQDs)作为外部碳源,通过在高温条件下修复石墨烯中的拓扑结构缺陷,制备出了自支撑的石墨化–氧化石墨烯/石墨烯量子点(g-GO/GQDs)散热薄膜。与原始的gGO膜相比,g-GO/GQDs薄膜的面内热导率提高了22.1%,达到739.04 W/(m·K)。通过进一步的薄膜结构分析,发现其热导率的提高可归因于石墨化过程中sp2碳晶格域的恢复和形成。石墨烯导热薄膜的散热性能研究表明,该研究结果可有效提高石墨烯薄膜的散热效果,为制备高性能散热薄膜提供了新思路。     

碳纤维骨架石墨烯导电导热薄膜的制备及表征

在对碳纤维进行除浆和预氧化的基础上,将其与中间相沥青甲苯溶液混合,通过抽滤法制备碳纤维薄膜骨架,二次抽滤氧化石墨烯填充到碳骨架之间,经热处理后制得具有三维网络结构的自支撑G-CF-MP复合薄膜.探索和分析了不同碳化和石墨化温度对薄膜材料形貌、导电性以及导热性能的影响.通过结构表征发现,碳纤维之间相互搭建构成高机械性能的碳骨架,碳纤维表面以及纤维之间的空隙被石墨烯均匀地包覆和填充,中间相沥青在达到软化点后呈现出流动性和黏性,充分润湿碳纤维与石墨烯之间的间隙,3种碳材料协同作用,从而获得了高机械强度以及高导电性的G-CF-MP复合薄膜材料.导电性测试发现,石墨化处理可以有效提高材料的导电性,G-CF-MP复合薄膜在经过900℃碳化后的方阻为2.853Ω/sq,经过石墨化处理后的方阻降低为0.229Ω/sq.经过导热性能测试,G-CF-MP(900℃)的热导率为475.2 W/(m·K),G-CF-MP(2 300℃)的热导率为532.8 W/(m·K).     

石墨烯/PAN纳米复合膜的制备及其力学性能

以改进的Hummer法制备了氧化石墨烯(GO),并以抗坏血酸(L-AA)为还原剂制备了还原性氧化石墨烯(rGO).以石墨烯为添加物,采用静电纺丝的方法制备了石墨烯/聚丙烯腈(GO/PAN)纳米纤维复合膜.使用场发射扫描电镜、X射线衍射、红外光谱以及热重分析对石墨烯进行了研究,测试了石墨烯对纳米复合纤维材料力学性能的影响.结果表明:当添加的GO质量分数为0.3%时,纺制的纤维平均直径为103nm,复合膜的力学性能有所提高,比纯PAN膜的拉伸强度提高了42.4%,断裂伸长率增加了32.5%;当GO质量分数超过0.3%时,复合膜的力学性能变差;当GO和rGO质量分数均为0.3%时,GO/PAN复合膜的力学性能优于rGO/PAN复合膜.     

石墨烯/聚酰亚胺复合膜的制备及性能

分别以氧化石墨烯(GO)和改性氧化石墨烯(iGO)为添加物,通过溶液混合的方法制备了氧化石墨烯/聚酰亚胺(GO/PI)和改性氧化石墨烯/聚酰亚胺(iGO/PI)复合膜,采用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、电子万能试验机、热机械分析仪对复合膜的结构与性能进行分析.结果表明:iGO/PI复合膜的相容性及拉伸力学性能均高于GO/PI复合膜;GO的加入使GO/PI复合膜的玻璃化温度较纯PI膜升高,而iGO使iGO/PI复合膜的玻璃化温度较纯PI膜降低.     

石墨烯基复合组装膜应用研究进展

综述了石墨烯复合膜材料的制备方法与性能研究,包括石墨烯基复合Langmuir-Blodgett (LB)膜、石墨烯基复合纺丝薄膜及其他石墨烯复合膜.同时,总结了近年来石墨烯复合物膜的研究进展,阐述了石墨烯基复合膜的应用前景和面临的挑战.     

管式氧化石墨烯膜用于乙醇脱水过程

为了研究新型二维氧化石墨烯膜材料在乙醇脱水过程中的应用,采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,通过傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、热分析仪(TG-DSC)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)等表征氧化石墨烯的微结构及性质。以管式陶瓷超滤膜为支撑体,采用浸渍提拉法制备完整无缺陷的氧化石墨烯膜。结果表明:将所制备的氧化石墨烯陶瓷复合膜用于乙醇脱水过程,此膜对水分子表现出优先选择透过性。当原料液中水质量分数为10%,操作温度为60℃时,乙醇-水的分离因子可以达到36以上,渗透通量达到2.5 kg/(m2·h)。氧化石墨烯陶瓷复合膜可以操作100 h以上,并保持一定的分离性能,具有较好的稳定性。     

Ag/石墨烯复合涂层的制备及抗菌性能

首先用改进的Hummers法制备氧化石墨烯（GO）; 其次用原位还原法将银氨溶液中的Ag纳米粒子通过还原剂葡萄糖和GO复合, 获得Ag/GO胶体; 最后在真空干燥条件下得到Ag/GO涂层, 并用真空阶梯热还原技术制备Ag/还原氧化石墨烯(rGO)涂层. 利用X射线衍射、 扫描电子显微镜、 透射电子显微镜等方法对膜样品结构形貌进行表征, 并用润湿角测量仪和抑菌环方法分别检测样品的亲/疏水性和抗菌性能. 实验结果表明: 石墨烯基膜材料与基底结合较好, Ag纳米粒子在石墨烯片层间呈球形均匀分布, 粒径为20~50 nm; 纯GO和rGO膜表面未见菌落, 大肠杆菌与金黄色葡萄球菌均未出现有效抑菌环; 复合Ag纳米粒子后, 涂层的抑菌效果得到显著提高; 与Ag/GO复合膜相比, Ag/rGO复合膜呈更强的抗菌活性, 即低温退火有助于提高石墨烯基复合涂层的抗菌性能.     

硼酸钙/氧化石墨烯复合微粒的制备及摩擦学性能研究

以硼砂、硝酸钙和氧化石墨烯为原料利用水热技术制备硼酸钙/氧化石墨烯复合微粒.利用透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)和能谱(EDS)对硼酸钙/氧化石墨烯复合微粒形貌、结构及磨痕表面进行表征.将复合微粒用油酸修饰并添加到液体石蜡中,利用四球摩擦试验机分析其摩擦学性能,结果表明:复合微粒添加剂具有良好的减摩抗磨性能.     

含可交联基团的磺化聚醚醚酮/改性石墨烯复合膜的制备及性能研究

以含可交联基团的磺化聚醚醚酮(SPEEK)为基体材料,通过分别添加一定比例的氧化石墨烯(GO)和磺化石墨烯(SGO)制备了SPEEK/GO及SPEEK/SGO复合膜,并通过各种性能测试对其进行了对比研究.结果表明:与纯SPEEK膜相比,SPEEK/GO及SPEEK/SGO复合膜具有更优异的热稳定性能;其阻醇性、质子传导性以及选择性均有不同程度地提高.尤其是含有质量分数为1％SGO的复合膜展示出了最优的阻醇性能,其甲醇扩散系数为1.38×10-7 cm2·s-1,远低于纯SPEEK膜的甲醇扩散系数(3.12×10-7 cm2·s-1);因为其质子传导率最高,所以呈现出了最优的选择性,其选择性比SPEEK膜的选择性提高了一个数量级.这表明SPEEK/GO和SPEEK/SGO复合膜,尤其是SPEEK/SGO膜材料在直接甲醇燃料电池中具有广阔的应用前景.     

石墨烯复合材料电热除冰实验研究

石墨烯复合材料因其优良的导电性和高导热性,在各个领域均得到了广泛的关注。为研究石墨烯加热膜在电热除冰上的应用,通过实验比较石墨烯和电阻丝作为加热元件时的温升速率;将加热元件制备成可用于电热除冰的加热膜,在相同加热功率下验证两者的发热均匀性;根据自行搭建的电热除冰实验台,研究不同热流密度和结冰温度对石墨烯加热膜除冰效果的影响。实验结果表明：单纯的石墨烯加热元件比电阻丝升温速率快,由石墨烯作为加热元件制备而成的加热膜发热更加均匀;随着热流密度的不断增加,石墨烯加热膜除冰时间越短,效果越好;结冰温度越低,除冰时间越长。验证了石墨烯可以作为一种理想的加热膜材料应用于电热除冰领域。     

海绵状氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚相变材料的制备及性能

以海绵状氧化石墨烯(spongy graphene oxide,SG)为载体材料,聚乙二醇单甲醚(methoxy polyethylene glycol,MPEG)为相变物质,通过物理浸渍法制备了定形相变材料。采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、差示扫描量热法、热失重和热台等方法对定形相变材料的结构、相变性能、热稳定性和定形能力进行表征和分析。结果表明,当SG质量分数为8%时,样品焓值最大且定形效果最好,结晶温度和熔融温度分别为18.7和30.7℃,焓值达到140.3 J/g,当温度达到250℃时,无任何泄漏发生,且热稳定性良好。该定形相变材料有望在聚丙烯相变纤维中实现应用。     

阶梯热还原法制备Fe3O4/rGO复合膜

先用溶液共混法获得Fe₃O₄纳米颗粒与氧化石墨烯（GO）混合溶液, 再通过阶梯热还原过程（从室温逐渐升至160 ℃）制备Fe₃O₄和还原氧化石墨烯（rGO）复合膜, 并用X射线衍射仪、 Fourier变换红外光谱和扫描电子显微镜表征不同Fe₃O₄质量分数的Fe₃O₄/rGO复合膜的结构和形貌, 用矢量网络分析仪测试复合膜的电磁参数. 实验结果表明, 当Fe₃O₄质量分数为40％时, 复合膜的吸波效能为17.30 dB, 频率为10.72 GHz, 厚度为2 mm, 低于-10 dB[KG*8]的有效吸收带宽为3.28 GHz.     

阶梯热还原法制备Fe3O4/rGO复合膜

先用溶液共混法获得Fe₃O₄纳米颗粒与氧化石墨烯（GO）混合溶液, 再通过阶梯热还原过程（从室温逐渐升至160 ℃）制备Fe₃O₄和还原氧化石墨烯（rGO）复合膜， 并用X射线衍射仪、 Fourier变换红外光谱和扫描电子显微镜表征不同Fe₃O₄质量分数的Fe₃O₄/rGO复合膜的结构和形貌, 用矢量网络分析仪测试复合膜的电磁参数. 实验结果表明, 当Fe₃O₄质量分数为40％时, 复合膜的吸波效能为17.30 dB, 频率为10.72 GHz, 厚度为2 mm, 低于-10 dB[KG*8]的有效吸收带宽为3.28 GHz.     

聚酰亚胺薄膜层叠体热处理过程中的结构演变

将双向拉伸PI薄膜,层叠后经800℃炭化所得样品在热压机中进行从2 500℃到2 800℃的高温石墨化处理制得了高定向石墨材料。借助SEM、XRD、四探针法等测试手段分析了PI薄膜层叠成型体在热处理过程中尺寸、传导性能、微观结构等的变化。结果表明石墨化处理后,样品径向增大,厚度减小;2 800℃处理后材料层间距接近单晶石墨的理论层间距,表现出了较高的石墨化程度,且具有高的取向性和传导性能,根据电阻率与热导率的相关公式推得其热导率为1 000 W/(m.K)～1600 W/(m.K).在整个热处理过程中,所生成的物质继承了原料分子的取向性。     

等离子体化学气相沉积工艺调控铜基-石墨烯复合薄膜材料微结构及电学热学性能研究

本文利用等离子体化学气相沉积PECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)技术制备了铜基-石墨烯复合薄膜，通过X射线衍射及Raman光谱证实了低温合成的可行性.同时，逐步研究压强、功率、气流量、基底温度等关键参数对沉积速率的影响，实现了对薄膜材料厚度和生长过程的准确控制.进一步研究发现，H₂与CH₄的气体比例严重影响了等离子体与基底表面的相互作用，并导致了材料表面微观结构和粗糙度的协同改变.通过工艺参数和气体配比的优化，实现了对薄膜表面结构的有效调节.当H₂/CH₄为1∶12时，薄膜的粗糙度最低，电子与声子的散射源被充分抑制，电导率和热导率分别达到8.3×10⁶ S/cm与158 W/m·K,表明该材料具有良好的导电性及优秀的散热效果.本文系统优化PECVD生产过程中的各项关键工艺参数，并详细分析了气体配比、表面结构、粗糙度及薄膜宏观物性之间的关联，为铜基-石墨烯复合薄膜的工业化生产和商业化应用提供了理论支撑和实验依据.     

退火温度对Li掺杂ZnO薄膜光电特性的影响

采用溶胶凝胶法旋涂制备了摩尔分数为3%的Li掺杂ZnO薄膜,在450~650℃下退火后测试其微结构、表面形貌和光电特性.结果表明薄膜为六方纤锌矿多晶结构且n型导电,退火温度的升高改善了结晶度、表面形貌、透过率和导电性.退火温度超过550℃后电阻率增大,样品由肖特基导电转变为欧姆导电;伏安特性模拟结果表明,替位Li逐渐增多、薄膜功函数增大,有利于制备p型薄膜.退火温度达600℃后,由于薄膜再蒸发等使光电特性变差.550℃是最佳退火温度,适于制备高质量的透明导电薄膜,此时薄膜透过率达95%,薄膜电阻率为2.49×103Ω.cm.     

石蜡/膨胀石墨复合相变材料耦合热管电池热管理性能研究

为了改善相变材料用于电池热管理导热率较低的问题,制备了不同含量的石蜡（Paraffin, PA）-膨胀石墨（Expanded Graphite, EG）复合相变材料,在相变储能单元中使用PA-EG复合相变材料包裹热源并耦合热管增强其散热能力。使用方形发热源模拟高密度能量电池充放电时的发热,在不同发热功率下探究不同EG含量的PA-EG复合相变材料耦合热管的热管理性能。实验结果表明,发热功率较低时,各相变材料热管理性能相当,发热功率较高时,更高的EG含量将带来更高的导热率以及更好的热管理效果。在EG含量为5%时,PA-EG复合相变材料导热率可提高至纯石蜡的6.36倍,实验中最大降温幅度可达7.6%,相变储能单元中温差峰值为纯石蜡散热系统温差峰值的37.7%。当EG含量较低时,PA-EG复合相变材料未熔融时呈现固态,导热率呈现各向同性,但当PA熔融后,PA-EG复合相变材料总体呈现液态,出现较强的自然对流换热,将导致储能单元内温度分布不均,容易导致电池表面温度不均产生应力,因此EG含量不宜低于5%。