石墨烯/细菌纤维素复合材料的原位生物合成

通过原位生物合成技术在细菌纤维素(BC)中掺杂一定量的石墨烯(GR),一步法制备得到石墨烯掺杂细菌纤维素复合材料(GR/BC).采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)分析了GR/BC的表面形貌和GR的分布情况,采用电导率测试仪研究了GR含量对GR/BC电导率的影响.探究了培养时间、石墨烯添加量对GR/BC形成过程和产率的影响.结果表明,GR能通过原位生物合成技术均匀地分散到BC中,当石墨烯分散液浓度为10wt%,培养时间为5d时,GR/BC复合膜产率为2.4g/L,其电导率最高可达50S/m.     

辐照交联UHMWPE/GO复合材料的吸水率与润湿性研究

采用改良Hummers工艺制备了氧化石墨烯(GO),利用液相球磨混合和热压成型工艺制备了不同填充比例的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/氧化石墨烯(GO)纳米复合材料(UHMWPE/GO),并在真空环境下采用γ射线对复合材料进行了辐照交联改性处理。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、凝胶含量实验及氧化指数(IO)对材料进行了表征,并研究了辐照前后UHMWPE/GO复合材料的吸水率、润湿性、表面自由能的变化规律。结果表明:辐照处理前后,GO表面均含有丰富的含氧官能团;辐照交联改性处理略微降低了UHMWPE/GO复合材料的吸水率;辐照交联改性处理与GO填充协同降低了UHMWPE/GO复合材料的接触角,增大了表面自由能,提高了润湿性。     

石墨烯/纯钛基复合材料的制备及其导电性能的研究

运用球磨分散结合粉末冶金法成功制备了石墨烯纳米片增强纯钛复合材料.复合材料的制备过程主要包括复合粉末的制备、复合材料的压制成型以及高温烧结3个过程.使用OM、SEM、XRD和拉曼光谱等检测手段对制备的复合材料的组织、物相组成以及石墨烯片的缺陷和层数进行了分析检测.运用显微硬度计和四探针电阻仪对最终烧结成型的纯钛块体及石墨烯增强钛基复合材料的硬度和电阻率进行表征.结果表明:石墨烯片分散在复合材料的组织中,添加石墨烯片能显著影响钛基材料的性能,复合材料的硬度和电导率随石墨烯片含量的添加而增大.当石墨烯的添加量为0.3%(w)时,复合材料的硬度达到最大(429 HV),与同样条件烧结的纯钛硬度相比(234 HV)提高80%.其导电率是在石墨烯的添加量为0.4%时才达到最大值(432S·m~(-1)),与同样条件烧结的纯钛的导电率(158 S·m~(-1))相比提高了1.73倍.文章分析了复合材料的硬度和导电性能增强的原因.     

无压浸渗法制备高体分比SiCp/Al

采用粉末注射成形/无压浸渗法成功制备出了SiC体积分数为63%的SiCp/Al复合材料.重点研究了主要工艺参数对SiC骨架及复合材料性能的影响规律.研究表明,采用粉末注射成形制备的SiC骨架经1100℃预烧后,仍具有很高的开口孔隙率,达到总孔隙率的97.9%.SiC颗粒经高温氧化处理后所生成的SiO2薄膜可明显改善铝合金熔液与SiC颗粒之间的润湿性,显著提高复合材料的密度.通过对工艺参数的优化可使铝液较好地润湿SiC骨架,获得最高相对密度可超过97%的复合材料.     

还原氧化石墨烯增强铜基复合材料的制备及性能研究

借助分子级混合法和均质机剥离共同作用,采用放电等离子体烧结技术(SPS)制备出还原氧化石墨烯/铜基复合材料。利用SEM、XRD、Roman、XPS和压缩测试对其微观组织结构及综合性能进行了研究。结果表明,适量的氧化石墨烯能够均匀分散在铜基中并显著提高复合材料的综合性能。复合材料的压缩屈服强度最高达到481 MPa,比纯铜相应值提升了约2.2倍,维氏硬度较纯铜相应值也提升了约0.7倍。     

乳液共混法制备的石墨烯/天然橡胶纳米复合材料的微观结构研究

采用乳液共混将氧化石墨烯(GO)水溶液与天然胶乳共混,对此共混体系破乳后再原位还原从而制备了石墨烯/天然橡胶(GE/NR)纳米复合材料。TEM和XRD测试表明GE片层在NR基体中剥离程度高且达到了均匀的分散。高结合胶含量、Raman位移以及断面SEM粗糙程度表明GE与NR之间存在很强的界面作用。GE在NR基体中良好的分散以及二者之间的强界面作用均有利于提高GE/NR纳米复合材料的力学性能及导电性能。     

聚乙烯亚胺交联三维石墨烯制备与吸附性能

以聚乙烯亚胺(PEI)为交联剂,制备了PEI交联石墨烯絮状分散液。采用冷冻干燥法除掉絮状分散液中的溶剂水后,得到三维石墨烯。通过X射线衍射、扫描电子显微镜和红外光谱表征了所得三维石墨烯的结构及形貌特征,并测试了三维石墨烯对亚甲基蓝的吸附性能。研究结果表明:聚乙烯亚胺分子链的胺基可以与氧化石墨烯片层的环氧基和羧基反应,使PEI接枝到多个氧化石墨烯片层上,形成PEI交联的三维石墨烯。三维石墨烯能够快速吸附亚甲基蓝,当三维石墨烯添加量为10 mg、吸附时间为20 min时,亚甲基蓝去除率为85%,接近平衡去除率。     

石墨烯包覆镍纤维的制备及电性能研究

石墨烯拥有优良的导电性,将石墨烯包覆在镍纤维上,改善镍纤维的电性能.以石墨粉、镍纤维等为原料,利用Hummers法制备氧化石墨烯,采用氢碘酸还原制备石墨烯包覆镍纤维复合材料.研究修饰剂CTAB浓度、氧化石墨烯分散液pH值、还原剂HI用量、还原温度及还原时间等因素对复合材料的影响.利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对...     

液相剥离石墨烯/聚酰胺6复合材料的制备与性能

石墨烯（GN）是一种新型的二维材料,是增强高分子复合材料的理想填料.采用液相剥离法（LPE）,选择十二烷基硫酸钠（SDS）以及十二烷基苯磺酸钠（SDBS）为表面活性剂,制备了少层GN,对比了SDS及SDBS的剥离GN的效果.进一步,通过熔融共混法制备了高性能GN/PA6复合材料,研究了不同添加量的GN对PA6力学性能的影响.结果表明：SDBS有更好的剥离效果,当SDBS质量浓度为10 mg/mL时,通过超声剥离6 h,可得质量浓度为0.37 mg/mL的石墨烯分散液.当GN添加量为0.3%时,断裂强度达到最大值,比纯PA6提高了29.9%.     

石墨烯碳纳米管混杂增强铝轴承材料微观组织与减磨性能研究

铝基轴承合金(成分:Al-20Sn-1Cu-0.5Mg),摩擦系数降低,在干摩擦过程中具有极为重要的意义。利用化学镀制备镀铜石墨烯及碳纳米管,采用球磨分散、热压烧结的方法来制备镀铜石墨烯及碳纳米管混杂铝基轴承材料;采用金相显微(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的微观组织,利用X射线衍射仪(XRD)对复合材料进行物相分析,通过摩擦试验测试摩擦系数变化,结果表明:通过高能球磨技术能够将石墨烯及碳纳米管分散到铝锡复合粉体中,利用热压烧结工艺可以得到石墨烯及碳纳米管增强铝锡基轴承材料。在干摩擦的条件下,随着石墨烯含量的增加,铝基复合材料摩擦系数显著降低,波动范围也明显减小,当石墨烯含量为1.0wt.%时,复合材料摩擦系数平均值降低至0.12。     

海藻酸水凝胶法制备锂离子电池Si/rGO/C负极材料及其电化学性能

硅材料具有高理论比容量(4 200mAh/g),是最具希望的下一代锂离子电池负极材料之一,但是硅材料巨大的体积效应(300%)和较差的导电性严重影响其电化学性能,阻碍其实际应用.为此,采用海藻酸水凝胶充当固定剂和碳源,将硅纳米颗粒和氧化石墨烯进行组装,制备了硅/还原氧化石墨烯/碳(Si/rGO/C)复合材料,采用粉末X射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)光谱、热重分析(TGA)、比表面积测试、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等表征材料的结构、化学组成及形貌,并对材料进行电化学性能测试.结果表明:rGO在复合材料内部构建了分散良好的导电网络,Si纳米颗粒填充在导电网络中并通过碳层牢固地锁定在rGO片层上.rGO与碳层的复合作用有效缓冲了Si纳米颗粒在充放电时的体积变化,并且显著提高了复合材料的导电性,因此,Si/rGO/C复合材料用作锂离子电池负极时表现出优异的电化学性能:以1.0A/g电流密度循环100圈,保持约1 000mAh/g的高可逆比容量以及77.6%的容量保持率.     

界面反应及界面张力对Sn-Zn-Bi焊料润湿性的影响

通过合金化的方式得到了Sn-Zn-Bi三元及Sn-Zn-Bi-Nd四元无铅焊料,采用润湿平衡法测量了其润湿力和润湿时间,并对润湿后的焊料/Cu界面组织进行了分析.结果表明:Bi元素不参与焊料/Cu界面的扩散反应,但能够通过吸附作用降低界面张力,从而提高焊料在Cu基底上的润湿力;Zn元素优先向焊料/Cu界面进行扩散形成Cu5Zn8金属间化合物,且扩散层随焊料中Zn含量的提高而增长,此时固-液界面张力方向发生改变,润湿力提高,但润湿时间延长;Nd元素的作用类似于Bi,既能提高焊料的润湿力,也能够缩短润湿时间,是一种改善Sn-Zn基焊料润湿性的有效元素.     

溶胶凝胶法制备Pd/rGO纳米复合材料

利用改性的Hummer法制备氧化石墨烯分散液,以氯化钯为原料制备硝酸钯,两者通过搅拌形成均匀稳定的水溶胶,控制反应温度使其凝胶化,复合材料凝胶冻干之后使用NaBH_4对其进行还原,制得Pd/rGO复合材料.通过SEM和XRD两种表征方法对Pd/rGO复合材料的形貌和结构进行了分析.采用循环伏安法、计时电流曲线方法研究了复合材料对于甲醇氧化反应的催化性能和电化学稳定性.研究结果表明:采用溶胶-凝胶法制备的复合材料对于甲醇氧化反应具有良好的催化性能和电化学稳定性.通过探索反应条件,得到制备Pd/rGO复合材料的优化反应条件为:钯的质量分数为40%,尿素用量为100mg.     

高内相乳液模板法制备石墨烯/聚苯乙烯多孔复合材料

基于高内相乳液模板法制备的多孔复合材料具有可控的孔结构、比表面积大、吸附效率高等优点.以苯乙烯(St)为单体、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)为交联剂,选用石墨烯纳米粒子和Span 80协同稳定乳液,通过高内相乳液模板法制备得到具有一定机械强度的石墨烯/聚苯乙烯(PS)多孔复合材料,并对该多孔材料的形貌与性能进行表征.结果表明:通过高内相乳液模板法制备得到的石墨烯/PS多孔复合材料的孔径大小为5～10μm,且随着石墨烯含量的增加,孔径有明显的变大趋势;当石墨烯/苯乙烯质量比为0.2/100时,机械性能最优,压缩强度最大可达4.09 MPa.通过对石墨烯纳米粒子添加量的调整,可实现对复合材料孔结构和机械性能的调控.该多孔复合材料可吸附多种有机物,其中对氯仿的最大吸附量可达到自重的16倍,是一种有效的吸附分离材料.     

层状多孔Al2O3/ZrO2陶瓷热机械行为研究

采取凝胶注模工艺层层沉积制备梯度氧化铝/氧化锆多孔陶瓷,研究了层状多孔氧化铝/氧化锆陶瓷的抗热震行为.研究结果表明,同单层多孔陶瓷相比,层状多孔陶瓷表现出更加优良的抗热震性能.临界抗热震温差由气孔率为32%的单层结构的300℃上升到层状结构的500℃,且层状结构多孔陶瓷在温差高达1100℃淬火后剩余强度为30MPa,而单层陶瓷在温差800℃淬火后仅为20MPa.     

利用原位聚合反应制备柔性氨基化石墨烯/聚酰亚胺纳米复合膜

以酰基化反应制备的氨基化石墨烯纳米复合物为填料,通过原位聚合反应制备氨基化石墨烯/聚酰亚胺(Amine-Graphene/Polyimide(A-Gr/PI))复合膜.利用红外光谱分析和场发射扫描电镜(FESEM)对其组成和形貌结构进行表征,利用热失重分析法对其热稳定性进行分析研究.与氨基化氧化石墨烯/聚酰亚胺相比,在聚酰亚胺中掺杂少量的A-Gr(w(A-Gr)=10%)后,复合物的堆叠致密度明显提高,该复合材料的导电能力可以通过控制PI基底中填料的含量加以调控.     

改性氧化石墨烯/蒙脱土/甲基乙烯基硅橡胶的制备及其阻燃性能研究

采用优化的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),利用硅烷偶联剂KH550对其进行改性,得到改性氧化石墨烯(KH550-GO);将其与蒙脱土(MMT)复合成二元填料添加到甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)中,得到了KH550-GO/MMT/MVQ复合材料.研究了KH550-GO和MMT的纳米片层复合现象以及KH550-GO/MMT二元填料的添加对复合材料力学性能和阻燃性能的影响.结果表明:在超声后的水溶液中,KH550-GO和完全剥离的MMT可以形成复合纳米片层结构;与纯MVQ相比,添加质量分数为5%的KH550-GO/MMT(质量比为3∶2)后复合材料的拉伸强度提高到1.83MPa,极限氧指数(LOI)从30.8%提高到38.5%,残炭率提高了7个百分点,炭层结构更加致密.     

石墨烯/聚合物纳米复合材料研究进展

 石墨烯是由单层碳原子通过共价键结合形成的二维片层状结构,是一种新型碳类纳米材料,具有优异的力学、电学和热学等性能,被认为是一种非常有前景的材料,近年来广泛用于改性各种聚合物。本文回顾了石墨烯/聚合物纳米复合材料的制备方法、性能和应用现状;综述了石墨烯/聚合物纳米复合材料的强度、刚度、韧性、电学和热学等性能的研究进展。主要内容包括石墨烯改性聚合物常见的3种制备方法(溶液共混、熔融共混和原位聚合)及其对石墨烯在聚合物基体中分散性的影响,石墨烯/聚合物纳米复合材料力学性能变化规律与作用机理,石墨烯微观结构等因素对材料热学性能以及导电阈值的影响等;讨论了石墨烯/聚合物纳米复合材料的潜在应用和面临的挑战和机遇,并展望了其低成本产业化的发展前景。     

石墨烯基材料电化学性能的研究型综合实验

设计了石墨烯/四氧化三锰复合材料电化学性能的研究型综合实验。实验设计包括前期文献调研、石墨烯(RGO)的制备及结构表征(XRD和FTIR)、石墨烯/四氧化三锰(RGO/Mn₃O₄)复合材料的制备、RGO/Mn₃O₄复合材料的微观结构表征(XRD、 Raman和TEM)及电化学性能测试(循环伏安测试、恒电流充放电测试、循环性能测试和阻抗测试)等部分。教学实践证明,研究型综合实验有利于提高学生综合运用多种专业知识的能力,同时有助于培养科研型、创新型人才。     

石墨烯/酞菁钴复合材料对亚硝酸根的催化性能

研究石墨烯/酞菁钴复合材料的制备方法及电催化性能,采用微波合成法,以石墨烯(GR)、氯化钴和邻苯二腈为原料,原位合成了石墨烯/酞菁钴(GR/CoPc)复合材料. 通过紫外-可见光谱(UV-vis)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼(Raman)光谱、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)对其结构、微观形貌进行表征,酞菁钴呈棒状均匀分布于石墨烯的片层表面. 制备了GR/CoPc/GCE修饰电极并研究了亚硝酸根在修饰电极上的电化学行为及其作用机理. GR/CoPc/GCE修饰电极对NO₂-的电催化性能较单独的CoPc和GR修饰电极相比明显提高. 在实验条件下,亚硝酸根在GR/CoPc/GCE修饰电极上的响应电流与其浓度在1.67～644.27μmol/L的范围内呈良好的线性关系,检测限可达0.6μmol/L. 该修饰电极对亚硝酸根的检测有良好的稳定性、抗干扰性及重现性.