氟化石墨烯的理化性能、制备改性及摩擦学研究进展

氟化石墨烯(FG)作为1种石墨烯衍生物,兼具石墨烯材料低剪切、高承载的力学性能以及氟化碳材料独特的理化性能.相较于其他固体润滑材料,FG在极压性与减摩抗磨性等方面表现出了巨大的性能优势,成为当前固体润滑领域研究的热点材料.本文中梳理总结了近年来FG在制备方法、修饰改性、分散稳定性、润滑机制与润滑应用等方面的研究进展以及在应用过程中存在的主要问题,并对未来FG在摩擦学领域的主要研究方向与应用前景提出了一些建议和展望.

对苯二胺改性氟化石墨烯对铝合金表面环氧树脂涂层性能的影响

为了改善氟化石墨烯(FG)在环氧树脂(EP)中的分散性,提高涂层致密性和耐蚀性,采用对苯二胺(PPDA)功能化修饰FG得到对苯二胺改性氟化石墨烯(FG-PPDA)。利用红外光谱(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对FG-PPDA进行表征。将FG与FG-PPDA分别掺杂到EP中制备复合涂层,对复合涂层进行电化学测试、中性盐雾实验、拉伸测试和摩擦磨损实验,分析复合涂层的耐腐蚀性能、力学性能和耐磨性能。结果表明,将FG掺杂到EP涂层中能够提高EP涂层的耐腐蚀性能;FG经过PPDA功能化处理后改善了其在EP中的分散性,使FG-PPDA/EP涂层的致密性有所提升,从而增强了涂层的长期耐腐蚀性能。同时,FG-PPDA/EP涂层的拉伸强度为47.7 MPa,磨损率为4×10^(-5)mm^(3)/(m·N),与EP涂层相比,复合涂层的力学性能与耐磨性能明显提升。

氟化石墨正极材料的制备及其在锂原电池中的应用

通过改变氟化的温度,采用直接氟化法氟化块状石墨(G),得到含氟量不同的氟化石墨,即FG-x。当氟化温度为500℃时(FG-500),FG-500具有优异的倍率性能和高的功率密度、能量密度。放电电流密度为10 mA·g^(-1)时的放电比容量为812.5 mAh·g^(-1),电压平台为2.60 V;放电电流密度为1000 mA·g^(-1)时的放电比容量和电压平台分别为698.4 mAh·g^(-1)和2.13 V。FG-500的最大功率密度、能量密度分别为2131.2 W·kg^(-1)和1990.4 Wh·kg^(-1)。

氟化石墨烯的研究及其在表面处理方面的应用进展

引用近几年的国内外参考文献对氟化石墨烯的制备方法、表征方法(透射电镜、X射线衍射和红外光谱)进行详尽的综述,并介绍了氟化石墨烯在研究中所遇到的难题。最后对氟化石墨烯在表面涂层的应用和其他领域的应用以及未来发展进行了展望。

氟化石墨的电化学性能研究

对系列氟化石墨及其作为碱性电池正极添加剂的电化学性能进行了研究 ,考察了氟化石墨作为电极活性材料及用作添加剂时电池的放电行为以及氟化石墨的氟化程度和电极中氟化石墨的含量对电池的放电性能的影响 .研究了 Mn O2 中添加氟化石墨后对电极循环性能的影响 ,并用 XRD比较了几种不同碳材料与氟化石墨的结构特点及 Mn O2 电极放电前后的状态变化 ,初步探讨了氟化石墨改善二氧化锰电化学性能的作用机制 .

纳米级氟化石墨作为润滑剂添加剂的摩擦学性能研究

探讨了纳米级氟化石墨的结构特征和润滑原理,使用四球摩擦试验机研究了纳米级氟化石墨的摩擦学性能。研究表明,纳米级氟化石墨对钢-钢摩擦副表现出良好的抗磨减摩性能,与未加添加剂的基础油相比,可使磨斑直径平均减少25%以上,摩擦因数降低35%左右;具有较好的承载能力,使用效果稍好于T321;与T301配伍后具有增效性,与其它添加剂配伍后具有明显的减摩作用。

氟化石墨修饰玻碳电极同时测定邻苯二酚和对苯二酚

通过氟化预氧化石墨的方法,制备了一种新型的氟化石墨并用于修饰玻碳电极。采用循环伏安法研究了修饰电极对邻苯二酚和对苯二酚的电催化行为,考察了支持电解质的pH值、扫速和滴涂量对邻苯二酚和对苯二酚伏安响应的影响。在最优实验条件下,以0.2 mol/L磷酸盐缓冲溶液（pH 6.0）作为支持电解质,采用差分脉冲伏安（DPV）法同时测定邻苯二酚和对苯二酚。邻苯二酚和对苯二酚的氧化峰电流与其浓度在1.0~150μmol/L范围内呈现良好的线性关系,检出限分别为0.31和0.43μmol/L（S/N=3）。修饰电极具有较好的重现性、稳定性和较强的抗干扰能力。将此方法用于模拟水样中邻苯二酚和对苯二酚的测定,结果令人满意。

氟化石墨烯结构表征及接枝增强芳纶Ⅲ薄膜的力学性能

首先对自制的氟化石墨烯(FG)进行结构与性能表征。然后采用拥有优异耐热性和分散性的FG对芳纶Ⅲ(PA)薄膜进行共混改性,提高其力学性能。PA分子链的咪唑环上的氮原子因弱碱性而具备亲核反应能力,有望取代氟化石墨烯的氟原子形成C-N键,进而有效增强聚合物基体。然而,研究发现,PA胶液中的HCl会与咪唑环络合,降低咪唑环的反应活性。吡啶的加入中和了HCl的同时也能够催化反应,促进C-N的生成。红外光谱结果表明,加入吡啶的FG-PA复合体系能够形成基体与填料间的C-N共价键接。同时,加入吡啶所制得的FG-PA共混薄膜相比未加入吡啶的拉伸强度增加了25.6%。

环氧基氟化石墨耐磨涂料的研究

以环氧树脂为黏接剂,采用酰胺类固化剂,并以氟化石墨为润滑剂,SiC为耐磨填料,制备一种常温固化的耐磨涂料。用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)分析氟化石墨的结构和性质,用光学显微镜(OM)观测润滑剂和填料在涂料中的分散情况,探索涂料中氟化石墨和SiC的含量与涂层力学性能、摩擦性能和热性能的关系。结果表明:氟化石墨层间距为0.71 nm,晶型结构不规则,表面能较低,其润滑性能优于石墨;通过一定的工艺SiC和氟化石墨均匀地分散在涂料中;含SiC和氟化石墨的涂膜具有较好的力学性能;当SiC和氟化石墨质量分数为20%和5%时,涂层耐磨性能较好;SiC和氟化石墨使涂膜的耐热性有所改善。

低介电聚酰亚胺/氟化石墨烯复合薄膜的制备及表征

目的为了解决超大规模电路高度集成所引起的RC延迟、信号串扰、能耗及噪声等一系列问题,制备具有低介电常数的聚酰亚胺/氟化石墨烯复合薄膜。方法分别采用液相剥离法和两步法制备了氟化石墨烯溶液和聚酰胺酸前驱体溶液,通过溶液共混法制备聚酰亚胺/氟化石墨烯复合薄膜,并通过透射电镜、红外光谱仪、X射线衍射仪以及精密阻抗分析仪,对氟化石墨烯、聚酰亚胺及聚酰亚胺/氟化石墨烯复合薄膜的微观结构和介电性能进行表征研究。结果氟化石墨烯和聚酰亚胺成功复合得到了聚酰亚胺/氟化石墨烯复合薄膜,且复合薄膜的介电常数由3.63降到了2.52。结论成功制备了低介电常数的聚酰亚胺/氟化石墨烯复合薄膜。

石墨/氟碳涂层与氟化石墨/氟碳涂层腐蚀行为的研究

将不同含量的石墨和氟化石墨作为填料分别与氟碳树脂混合,制备了石墨/氟碳涂层和氟化石墨/氟碳涂层。通过盐雾试验测试了涂层的耐蚀性能,并采用电化学阻抗谱和动电位极化曲线研究了涂层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为和失效过程。结果表明:适当加入石墨和氟化石墨均可显著增大氟碳涂层的电阻,提高涂层对Q235钢的防护性能。复合涂层的防护性能随填料含量增大先提高后降低,当二者含量为0.4%时,涂层的耐蚀性最好。相同含量下,石墨比氟化石墨更能提高氟碳涂层的防护性能,原因是氟化石墨的表面能低,分散比石墨困难。

磁性可回收氟化石墨烯破乳材料的制备及乳液分离性能

以氟化石墨烯(FG)为原料,首先制备了水合肼还原的具有一定亲水性的氟化石墨烯(HFG),然后采用溶剂热法制备了可磁性分离的四氧化三铁负载的氟化石墨烯复合破乳材料(HFG-Fe3O4).分别利用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线粉末衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)对HFG-Fe3O4的形貌、结构和化学性质进行了表征.最后研究了HFG-Fe3O4对含油废水的破乳性能,探讨了影响其破乳性能的主要因素,并对其破乳机理进行了分析.结果表明:HFG-Fe3O4是一种表面负载有Fe3O4纳米颗粒的二维片状材料,在最佳剂量为600 mg/L时对酸性和中性含油废水具有良好的破乳效果.在酸性和中性条件下,主要是利用HFG-Fe3O4与含油废水之间的静电吸引力以及HFG-Fe3O4与沥青质之间的π-π相互作用实现油-水分离.但是,在碱性条件下,HFG-Fe3O4与油滴之间的静电斥力将急剧增大,最终导致破乳效率降低.此外,将磁性回收的HFG-Fe3O4循环利用4次后其乳液分离效率并没有明显下降,表现出优异的循环稳定性.

氟化石墨的合成及应用研究

氟化石墨作为石墨的改性材料,在越来越多的方面得到了广泛的应用,也引起了许多科技工作者的兴趣。本文从氟化石墨的结构和性质入手,着重叙述了氟化石墨的各种合成方法和应用。

氟化石墨的制备及表征

通过石墨与电解熔盐KF·ZHF所产生的氮气反应，制得了氧化石墨。采用扫描电镜，X射线衍射和红外光谱对其形貌和结构进行测定，并研究了反应温度对氯化石墨结构的影响，初步探讨了氯化石墨的反应机理。

氟化度及单轴应力对氟化石墨烯结构稳定性和能带的影响

采用基于密度泛函数理论的第一性原理,通过计算研究了四种(Chair、Zigzag、Boat、Armchair)双面全氟化石墨烯(NC∶NF=1∶1)构型,发现Chair型氟化后的石墨烯构型最稳定。在此基础上,系统研究了以Chair形式氟化时不同氟化度和单轴应力对氟化石墨烯结构稳定性与能带的影响.计算结果表明:氟化度越高氟化石墨烯结构越稳定,且双面氟化石墨烯较单面氟化更稳定。对构造的全氟化石墨烯体系沿X方向施加压(拉)应变时,石墨烯体系的起伏高度随单轴应变的增加而减小,导带底和价带顶均发生微小移动、带隙逐渐减小,带隙在轴向压应力作用下减小得更快.

固相法合成氟化石墨与氟化碳新工艺的研究

研究了以含氟有机物 PF为氟源 ,鳞片石墨、煅烧焦、生焦、炭黑为碳源 ,固相法合成氟化石墨的新工艺 .考察了不同碳源对反应的影响 .“固相法”新工艺方法简单、安全 。

氟化石墨/氟碳复合涂层耐磨防腐性能研究

以氟化石墨(FGi)填充改性氟碳(FEVE)涂料,制备氟化石墨/氟碳(FGi/FEVE)复合涂层,并对其附着力、硬度以及耐磨防腐性能等进行分析,探讨其耐磨防腐作用机制。结果表明:FGi中C-F键的存在,不仅增加了涂层与填料之间的界面相容性,进一步增强复合涂层的热稳定性,提升附着强度与硬度,同时具有优异的疏水性能,使涂层表面接触角由84.5°提升至102.0°。电化学测试表明,质量分数1%FGi改性FEVE复合涂层的低频阻抗模量为3.1×10^(5)Ω·cm^(2),与纯FEVE涂层相比,提升了近1个数量级,表明复合涂层具有更好的防腐性能。这归因于FGi与固化剂N75之间形成的氢键,增加了FGi在FEVE涂层中的分散性,能更有效阻止腐蚀介质的渗透。摩擦测试表明:质量分数1%的FGi可以使FGi/FEVE复合涂层的摩擦因数降低16.9%、磨损率降低48.0%。FGi填充改性增强了FEVE涂层的电绝缘性和疏水性,同时发挥物理屏障作用,能有效防止基底受到腐蚀并阻止裂纹扩展,从而有效提升了FGi/FEVE复合涂层的耐磨防腐性能。

氟化石墨烯的制备及其分散性能的研究

以氟化石墨为反应原料,N-甲基吡咯烷酮(NMP)为插层剂,采用液相剥离法制备氟化石墨烯。通过透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)及X射线光电子能谱仪(XPS)对氟化石墨烯的微观形貌、物质结构和晶相进行分析研究,并对氟化石墨烯的分散性进行研究。结果表明成功制得单层的氟化石墨烯,并且发现氟化石墨烯在NMP或乙醇溶剂中、超声时间3h以及超声功率为300W时都具有较好的分散性。

超细氟化石墨在植物油中的摩擦学性能考察

通过四球机考查了超细氟化石墨在植物油(菜籽油、蓖麻油、大豆油)中的摩擦学特性,并与极压抗磨剂氯化石蜡(T302)、硫化异丁烯(T321)和ZDTP(T202)相比较,结果表明:超细氟化石墨在植物油中具有优良的润滑性能,其摩擦性能明显优于T321和T302,其抗磨性比ZDTP稍差,但含2%超细氟化石墨的矿油的抗磨性和承载能力相当或优于植物油.

基于直接氟化技术的氟化石墨烯制备与应用研究

氟化石墨烯(FG)作为一种重要的石墨烯衍生物材料已在介电材料、超润滑、生物材料、电子器件领域展现出良好的应用前景。因其C—F键的高键能、高官能化密度、高温裂解可产生高活性含氟自由基以及二维片层结构等特点,FG有望作为高性能的包覆剂/氧化剂等应用于含能材料、固体推进剂等领域。近10年以来,基于直接氟化技术制备FG方面已报道了一系列研究工作,但在含能材料、固体推进剂领域实质性研究明显不足。文章主要综述了有关FG的宏量制备、FG直接氟化反应历程、FG的应用拓展等方面的研究成果,并对FG的未来发展方向以及在含能材料、固体推进剂领域的潜在应用提出了展望和建议。相关研究成果可为FG在固体推进剂领域的应用提供新材料设计与研究基础,并可为探究FG改进固体推进剂的原理以及性能优化提供新材料及其制备新途径。