基于功能化石墨纳米片的库仑型免疫传感器用于检测前列腺特异性抗原

以石墨为原料,1-芘丁酸(PBA)为表面活性剂,采用超声剥离法合成了PBA非共价功能化的石墨纳米片(PBA@GNSs),并采用扫描电子显微镜(SEM)对其进行表征。将PBA@GNSs撒在刷好的丝网印刷碳电极(SPCEs)表面,以实现电极的批量化修饰。用活化试剂N-羟基琥珀酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(NHS-EDC)活化PBA的羧基,以牛血清白蛋白(BSA)为封闭剂,将PBA@GNSs固定抗体(Ab_1),构建了Ab_1/PBA@GNSs/SPCEs免疫传感器。采用循环伏安法和电化学交流阻抗谱法研究了上述传感器的构建过程,并用库仑法对前列腺特异性抗原(PSA)进行定量测定。结果表明,该免疫传感器的线性范围为10~3 000 ng·L^(-1),检出限为3.3 ng·L^(-1)。对样品平行测定5次,测定值的相对标准偏差均小于2.0%,加标回收率为96.1%~101%。选择性和稳定性试验表明,该免疫传感器对PSA具有良好的选择性,且于4℃保存18 d后,库仑响应信号仅衰减为初始信号的92.0%。

石墨纳米片的原位分散及对聚丙烯力学性能的影响

石墨纳米片(GNP)在聚合物基体中的分散状态和界面相互作用是决定GNP/聚合物复合材料力学性能的关键因素。文中采用与聚丙烯(PP)共球磨剥离石墨得到GNP均匀包覆PP的母粒,进一步与PP熔融共混制备了PP/GNP复合材料。结果表明,与纯石墨和石墨烯相比,GNP与PP基体之间的界面相互作用更强,扫描电镜分析显示GNP分散更均匀,添加0.7%GNP的复合材料经差示扫描量热分析后发现,其结晶温度(Tc)显著提高。PP/GNP复合材料的拉伸强度和冲击强度相对于纯PP分别提升了33.34%和33.47%。该分散方法在开发其他高性能多功能GNP/聚合物复合材料方面具有巨大潜力。

氧化钌/石墨纳米片复合阵列电极的制备及其电容性能

通过电化学剥离法在石墨棒表面构筑了层数不等、彼此平行且垂直于基底的二维石墨纳米片(GNS)阵列,而后采用阴极还原电沉积法在GNSs表面均匀地包覆了一层氧化钉(RuO_2·xH_2O)薄膜,形成了RuO_2·xH_2O/GNS复合阵列电极.电化学测试表明,RuO_2·xH_2O/GNS复合阵列电极具有优良的超电容性能,在0.5mol·L^(-1)H_2SO_4电解质溶液中,扫描速率为5 mV·s^(-1),电位窗口为0.9V时,其比电容高达4226 F·m^(-2),并且具有优异的循环性能,经过20000圈充放电循环后,电容保持率高达94.18%.

石墨纳米片尺寸对复合相变材料储热特性的影响

为了探究二维纳米材料的尺寸对复合相变材料储热特性的影响,将膨胀石墨分别超声振荡10、30和90 min,得到3种不同尺寸的石墨纳米片：GNS-10、GNS-30、GNS-90,添加到十六醇中制备出纳米复合相变材料。利用SEM、XRD和Hot Disk等方法对其微观结构和性能进行表征和测试的同时,对比研究了Maxwell、Bruggeman及Nielsen模型对热导率的计算结果。结果显示,石墨纳米片尺寸越大,对复合相变材料热导率的提升幅度越大。当GNS-10添加量为10%（质量分数）时,热导率提升了约517%。Nielsen模型在形状因子A取100~180时可以较好地预测实验值。与大幅增长的热导率相比,复合相变材料相变温度、相变焓的变化可忽略不计。此外,石墨纳米片的加入明显缩短了储热材料的凝固速率,有效热导率的提高是产生这种效果的主要原因。

SnO_2/石墨纳米片复合电极及其在超级电容器中的应用

在电场的作用下对石墨棒进行电化学剥离,使其表面形成相互平行排列,且垂直于石墨棒基底的二维(2D)石墨纳米片阵列(GNSA).然后通过阴极还原电沉积法制备Sn O2/石墨纳米片阵列(Sn O2/GNSA)复合电极.采用场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外(FT-IR)光谱对其形貌和结构进行了表征.电化学测试表明该复合电极具有优异的超电容性能,在0.5 mol·L-1Li NO3电解质中,扫描速率为5 m V·s-1,电位窗口为1.4 V时,比电容达4015 F·m-2.由Sn O2/GNSA复合电极和相同电解质组装成的对称型超级电容器,在扫描速率为5 m V·s-1时,其电位窗口可增至1.8 V,能量密度达到0.41 Wh·m-2,循环5000圈后其比电容仍保持为初始比电容的81%.

石墨纳米片对铜电子浆料导电性的影响

为改善铜浆导电性,以表面改性的金属铜粉为主要导电相,通过添加少量导电性优异的石墨纳米片作为导电增强相制备复合电子浆料,并采用四探针测试仪、扫描电子显微镜(SEM)等分析测试方法研究了石墨纳米片的参数、添加量对铜电子浆料导电性能的影响.结果表明:选用厚度为3~5 nm,片径为5μm的石墨纳米片作为导电增强相,制得石墨纳米片—铜电子浆料,在460℃烧结后导电膜层的电阻率较小;石墨纳米片与铜粉质量比为2∶98时,测得浆料电阻率为17.14 mΩ·cm,相比纯铜浆料电阻率34.43 mΩ·cm降低了50.22%.分析电子浆料导电机理并建立导电相连接几何模型,在导电膜层中,部分折断的石墨纳米片会填充到铜颗粒之间的空隙中,较长石墨纳米片则会形成"搭桥"现象,增加导电相之间的连接,形成较紧密的微观组织和良好的导电网络,从而改善复合浆料的导电性.

MnOOH/石墨纳米片阵列复合电极的制备及其对称型超级电容器的性能

采用电化学活化剥落的石墨纳米片阵列(GNSA)作为导电基质,然后通过阴极还原电沉积法一步制得碱式氧化锰/石墨纳米片阵列(MnOOH/GNSA)复合电极。形貌表征表明,复合电极呈现纳米花形貌。电化学测试表明在沉积时间为120s时制得的复合电极具有最佳超电容性能,用所制备的MnOOH/GNSA复合电极组装成的对称型超级电容器,当电压为1.8V,扫速为5mV/s时,比电容为1206F/m^2,能量密度为0.54Wh/m^2,对应的功率密度为5.4W/m^2。

石墨纳米片快速制备及增强树脂导热性能

石墨纳米片由于其优异的导热性能受到广泛关注,但现有的制备过程耗时长。本研究以膨胀石墨为原料,利用硝酸剥离法实现了石墨纳米片的快速制备,并采用多种手段对材料进行了表征。研究结果表明,经过0.5h的硝酸处理,石墨纳米片平均尺寸降至20μm左右,且其层状石墨烯堆叠结构未发生改变。同时,将制得的石墨纳米片加入到环氧树脂中,当掺杂量为20wt.%时,复合材料热导率较纯环氧树脂提升了506%。

石墨纳米片改性及其对PP材料性能影响

尝试使用γ–氨丙基三乙氧基硅烷与月桂醇聚氧乙烯醚在液相中对石墨纳米片进行改性修饰,表征证实修饰后的石墨纳米片表面化学接枝了上述改性剂,且其片层厚度得以变薄,整体结构接近于石墨烯。经过接枝改性的石墨纳米片在密炼机中以190℃与聚丙烯(PP)共混5 min时,增强PP效果最佳。在使用滑石粉增强PP的基础上,额外添加0.3份的接枝改性石墨纳米片可以使材料性能显著提高,其中弯曲强度及模量增加15%,拉伸强度增加6%,热变形温度增加4%。为实现材料的轻量化,可以在使用接枝改性石墨纳米片的情况下,降低滑石粉用量,实验表明,当接枝改性石墨纳米片用量为0.3份时,滑石粉用量由23份降低至15份,材料的弯曲强度及模量能保持基本不变,此时材料密度能够下降5%左右。

基于机械力化学作用煤基石墨纳米片的制备及其电化学储能特性

煤炭清洁高效转化是国家实施“碳达峰与碳中和”能源发展战略的重要内容,而煤的材料化是实现其低碳高值化洁净利用的有效途径。以自制煤基石墨为前驱体,借助高能机械球磨产生的机械力化学作用制备煤基石墨纳米片(CGNs),考察了球磨时间对CGNs微观结构的影响,并研究其用作锂离子电池负极材料的电化学储能特性,探索利用机械力化学作用制备负极材料用CGNs的可行性。研究表明,利用机械力化学作用可以从煤基石墨中剥离出富含纳米孔隙和含氧官能团等缺陷结构的CGNs,通过控制球磨时间可实现石墨纳米片微观结构的有效调控。当球磨时间为50 h时,CGNs具有由数层石墨微晶片层相互堆叠、交联而形成的三维网络结构,其石墨微晶层间距约为0.3455 nm,且富含1.5~20.0 nm的纳米孔隙和少量的含氧官能团,比表面积可达573 m^(2)/g。CGNs用作锂离子电池负极材料时表现出良好的电化学储能特性,其可逆容量最高达726 mAh/g,且具有良好的倍率特性和循环稳定性,在2.0 A/g大电流密度下的可逆容量仍可达252 mAh/g,经过200次循环容量保持率为88.1%。CGNs负极材料的锂离子存储由扩散插层电容和表面吸附电容共同控制,引入纳米孔隙和含氧官能团等缺陷结构有利于提高表面吸附电容对负极材料储能容量的贡献。为高性能石墨纳米片负极材料的研发和煤炭的材料化高附加值利用提供了新思路。

制备工艺对石墨纳米片/环氧树脂复合材料电导率的影响

采用溶液混合、分步超声分散的一体化制备工艺,得到了石墨纳米片/环氧树脂导电复合材料,研究了不同理化参数的石墨原料及分散溶剂、不同石墨原料含量、咪唑含量、超声时间及方式对复合材料电导率的影响。结果表明,选取EG80/乙醇分散体系,当石墨含量为25%(质量分数,下同)、咪唑含量为45%时,采用前超声1 h+后超声0.5 h的分步分散工艺,可制备得到平均电导率为13.02 S·cm-1的石墨纳米片/环氧树脂复合材料。

功能化对石墨纳米片/MnO_2复合材料性能的影响

采用氨基芘、CTAB、芘羧酸等不同酸碱性的有机小分子使石墨纳米片表面功能化,其中,芘羧酸可以对石墨纳米片表面进行非共价键功能化,增大石墨纳米片间的间距,将其剥离成单层、双层或者多层;使MnO_2在石墨纳米片材料上的负载更加均匀。电化学测试结果显示,经芘羧酸修饰的石墨纳米片/MnO_2复合材料的比电容能达到215 F/g,相较于其他2种(Amin、CTAB)修饰的复合材料比电容能分别高出81%和44%,经4 000次循环后容量几乎无衰减,6 000次后电容保持率仍为81%。

石墨烯纳米片增强水泥砂浆的抗氯离子扩散和抗硫酸盐侵蚀性能

本工作研究了石墨烯纳米片(GNP)对水泥砂浆抗氯离子扩散性能和抗硫酸盐侵蚀性能的影响,并采用热重分析法、压汞分析法、X射线衍射、扫描电镜和能谱分析对GNP复合水泥砂浆的微观形貌和水化产物类别进行了表征,解释了GNP增强水泥砂浆抗氯离子扩散性能和抗硫酸盐侵蚀性能的机理。结果表明:与普通水泥砂浆相比,掺入0.1%水泥质量的GNP后,水泥砂浆的28 d抗压、抗折强度分别提高了11.1%和12.7%,表面氯离子浓度和扩散系数分别减小了36.8%和11.3%,经硫酸盐侵蚀后质量损失率为0.44%,抗蚀系数提升至0.9;GNP对水泥水化的产物类别没有影响,但GNP可以促进水泥的水化反应并细化水泥砂浆中的孔径;GNP作为水泥中的纳米添加材料能够填充在水泥熟料附近,使水泥砂浆的微观结构更为密实,且GNP较大的比表面积和二维板状结构也可以成为腐蚀离子的物理屏障。

石墨烯纳米片/密胺复合泡沫性能增强机制研究

目的探究三聚氰胺与甲醛原料比例、发泡剂正戊烷含量、乳化剂OP-10含量和固化剂甲酸含量对密胺泡沫发泡过程的影响及作用机理,并制备石墨烯纳米片/密胺复合泡沫材料,改善密胺泡沫力学性能,提高密胺泡沫材料热稳定性以及阻燃性。方法通过调整原料比例、改变不同助剂的掺量探究发泡工艺对泡沫结构的影响,并研究石墨烯纳米片对复合泡沫性能的增强机制。对样品进行力学性能测试,并通过扫描电子显微镜和热重分析仪对泡沫微观结构和热力学性能进行分析。结果当三聚氰胺与甲醛物质的量之比为1︰3~1︰4时,预聚体交联度高,结构完整;当正戊烷质量分数为33%时,能够为预聚体提供足够的成核点;当甲酸质量分数为8%时,固化速度适宜;当OP-10质量分数为4%~6%时,有效降低了界面张力。添加石墨烯纳米片使复合泡沫最高压缩强度达到23.86 kPa,最高残碳率上升为8.24%,热导率仅上升0.006 W/(m·K),保持了良好的保温隔热性能。结论甲醛与三聚氰胺的物质的量之比会影响预聚体交联程度;正戊烷因其低沸点而促进了泡沫成核;甲酸通过为基体提供更多的交联点加速了固化速度;OP-10在发泡过程中通过调整与发泡剂的相容性以及作为表面活性剂发挥了作用。石墨烯纳米片的添加提高了复合泡沫的力学性能,在保持低密度和低热导率的同时进一步增强了其热稳定性及其阻燃能力。

氟化改性石墨烯纳米片对环氧树脂复合材料沿面耐压性能的影响

环氧树脂(epoxy resin,EP)的氟化纳米改性是提升复合绝缘材料沿面耐压性能的重要手段。该文对石墨烯纳米片(graphene nanoplatelets,GNPs)分别进行等离子体氟化、化学氟化与等离子体–化学协同氟化3种不同形式的改性处理,探究不同氟化方式对含氟界面层的影响,并揭示其对EP复合材料直流沿面耐压性能的提升机理。结果表明:3种氟化石墨烯纳米片均对EP复合材料沿面闪络电压有提升效果。进一步对EP复合材料表面电荷消散情况及陷阱分布特性进行分析,发现不同接枝形式的GNPs对EP复合材料沿面耐压性能的提升机制存在差异。填料GNPs与EP基体间有效键合作用的形成,可以促进电荷沿GNPs的输运,从而影响EP复合材料的沿面耐压性能。

温度和湿度对纳米石墨烯片水泥基复合材料压敏性能的影响

研究了纳米石墨烯片水泥基复合材料(GNPs/CC)在不同温度和湿度下的压敏性能。研究结果表明:GNPs/CC在20℃下的压敏性能最佳。温度的升高和降低都会导致GNPs/CC压敏性能的削弱,温度升高会导致灵敏因子出现小幅度的波动,但电阻变化率曲线的线性程度基本不受影响;温度降低则会导致灵敏因子大幅度降低,并导致GNPs/CC电阻变化率曲线的线性程度降低。0RH湿度下,GNPs/CC的压敏性能最佳;65%RH的湿度几乎不会改变GNPs/CC的含水率,对其压敏性能无明显影响;98%RH的湿度会使GNPs/CC的含水率快速增加,并导致了GNPs/CC压敏性能的削弱。

铅笔芯电化学剥离制备纳米石墨片及其电容性能研究

本文采用电化学法剥离了不同型号的铅笔芯(HB,2B,4B,6B,8B和10B),来制备纳米石墨片。利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察表面形貌和微观结构、X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)分析物相组成,在[Fe(CN)_(6)]^(3-/4-)溶液中测试了剥离材料的活性表面积。结果表明:不同型号铅笔芯剥离后均为片层状的纳米石墨片(GNS)。其中4B铅笔芯剥离的纳米石墨片(4B-GNS)的石墨化程度最高、活性表面积最大、电容性能最高,其比电容可达到140.3 F/g,且经过10000次循环充放电之后,比电容仍保持为原来的99.06%,表现出优异的循环稳定性。

回收PETg嵌入石墨烯和碳纳米管,创造高性能导电3D打印材料

随着3D打印技术的飞速发展,科研人员正不断探索具有更环保且更高性能的打印材料。英国曼彻斯特城市大学的研究团队在《RSC Advances》发表的文章中介绍了一种环保型复合材料,该材料是在回收的聚对苯二甲酸乙二醇酯(rPETg)中嵌入石墨烯纳米片(GNP)、多壁碳纳米管(MWCNT)和碳黑(CB),因而展现出了前所未有的导电性能与环境友好性。

多孔石墨烯纳米片电学性质的研究

采用紧束缚近似方法,研究了三角形锯齿型石墨烯纳米片(Triangular zigzag graphene nanosheets,TZGN)的电子结构.研究表明单孔TZGN结构的零能级都是外边缘态,跟孔的大小没有关系.多孔TZGN结构受孔间结构的影响,零能级会随着孔数目的增加逐渐出现内外边缘耦合态,导带和价带能级个数也会随着孔的大小和孔的数量的增加而减少.研究结果拓宽了石墨烯纳米结构在纳机电器件方面的应用.

石墨纳米片/聚乙烯复合物分子动力学模拟

通过分子动力学模拟对石墨纳米片(GNP)/聚乙烯(PE)复合物的结构、力学和气体输运性质进行计算研究,分析其随模拟温度和GNP填充量的变化规律,探讨纳米界面形成、复合机制及结构与特性的关系。GNP/PE复合物呈现二维结构,GNP趋向于平面取向排列并通过范德华力和纳米石墨片层表面上的碳氢-π键使周围几个原子尺度内的PE分子固化为有序原子层,而PE基体仍然为各向同性的无定形结构。GNP/PE界面上纳米复合作用使体系能量降低,与PE体系相比,GNP/PE的杨氏模量和泊松比分别显著增高和降低。GNP平面取向导致GNP/PE的力学特性表现出二维各向异性的弹性常数张量,在石墨纳米片层平面方向上的杨氏模量明显增高,并且随温度的降低和GNP填充量的提高而增大,填充GNP有效改善了GNP/PE的力学性质。GNP/PE复合物的气体输运性质明显受到填充GNP的气体阻隔和取向的影响并且对3种气体渗透没有明显的选择性。GNP与基体的纳米复合导致N_2、O_2和CO_2的分子输运呈现二维各向异性,随着石墨纳米颗粒填充量的增加,取向GNP层面方向的扩散系数比垂直方向高5~8倍,可用于气体分子屏障与渗流控制。