聚苯乙烯在石墨表面吸附的分子动力学模拟

采用分子动力学（MD）模拟方法研究了单链聚苯乙烯（PS）在石墨表面的吸附．模拟结果表明，吸附后PS在平行于石墨表面的方向可视为准二维椭圆结构，并且在此方向上的均方回转半径值（R^2∥）与其所含单体数目（N）具有指数关系R^2∥～N^2v，指数2v约等于1．04；最后指出PS吸附过程的主要驱动力为PS链段与表面之间的范德华作用力．

气体在石墨表面的吸附及对其接触角的影响

为了研究气体在疏水性表面的吸附及其对接触角的影响,采用分子动力学方法研究了溶解在水中的气体在石墨表面的吸附现象,同时对水膜在吸附有不同数量气体分子的石墨表面上凝聚成小液滴的行为进行了研究。结果表明,溶解在水中的气体会在疏水性表面吸附,气体吸附会使小液滴的接触角变大,当吸附厚度大于约两个气体层厚时,接触角不再发生变化。

二元化合物在石墨表面的分子自组装

采用接触角测试及扫描隧道显微镜(STM)分析测试了二元化合物[C8-TPP-(ip)Ru(phen)2](C lO4)2在高定向裂解石墨衬底上形成的自组装膜。接触角测试结果显示自组装膜具有较强的疏水性。STM观测结果发现[C8-TPP-(ip)Ru(phen)2](C lO4)2在石墨表面形成两种不同畴界的自组装形式,并初步分析了其形成的原因。

脉冲宽度导致的石墨表面纳米结构尺度变化的STM观察

材料表面进行的纳米加工探索已经成为研究纳米尺度上的物理和化学现象的重要途径。大量实验数据表明，利用ＳＴＭ进行的表面纳米加工过程是同时受到强电场和高电流密度的作用而诱导的局部氧化或聚合反应等。在此，我们以石墨表面的纳米加工为例，发现在相似的实验条件下，纳米下陷结构的深度随加工脉冲时间的增长而显著增加，而该结构的表面直径变化则相对较小。

一种熔盐反应堆用石墨表面SiC涂层的制备方法

申请(专利)号:CN201711084082.2申请日:2017-11-07申请公布号:CN107814590A申请公布日:2018-03-20申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所发明人:刘占军,何钊,连鹏飞,宋金亮,张俊鹏,郭全贵主权项:一种熔盐反应堆用石墨表面SiC涂层的制备方法,其特征在于包括如下步骤:(1)将聚碳硅烷或改性聚碳硅烷加入到溶剂之中,边搅拌边升温至30~60℃并使聚碳硅烷或改性聚碳硅烷完全溶解,得到聚碳硅烷或改性聚碳硅烷浸渍剂;(2)将核石墨构件干燥处理后,置于浸渍设备中,升温至30~60℃后恒温,并开始抽真空至浸渍腔体内部至气压在0.01 MPa,持续抽真空1~3 h;(3)向浸渍设备中加入浸渍液,须保证加压结束后浸渍液液面比核石墨构件顶端高出10~20 mm,随后向浸渍设备内部通入高压惰性气氛加压至0.5~8 MPa,保持恒定高压3~5 h,泄压后取出浸渍核石墨构件并将其置于通风干燥处干燥8~24 h,使溶剂挥发干净,得到干燥的浸渍核石墨构件;(4)将干燥的浸渍核石墨构件在高温炉中于惰性气氛下以1~10℃/min升温至1000~1500℃焙烧1~3 h完成焙烧处理,获得SiC涂层包覆的核石墨构件;(5)对步骤(4)中所得核石墨构件进行检测,当平均孔径减小至1μm以下时为合格,当达不到指标时,重复步骤(1)~(4),直至达到指标。

表面修饰石墨烯制备工艺及其在金属材料中的应用研究

为解决石墨烯在金属基复合材料应用中易团聚、难分散、与金属基体之间的润湿性差、高温下易与Al、Ti、Fe等金属发生界面反应的问题,对石墨烯进行表面修饰制得镀铜石墨烯,研究了镀覆过程中镀覆温度、镀覆时间、镀液pH对镀铜石墨烯镀层连续性、完整性的影响,优化镀覆工艺参数,获得了质量优良的表面修饰石墨烯;并将其分别添加到铁基摩擦材料和W-Mo-Cu复合材料中,对其作用效果进行了研究。结果表明:石墨烯在50℃、pH为12.5的化学镀液中镀覆30 min可以获得连续性、完整性较好的镀层,从而制得缺陷密度较小、质量较好的表面修饰石墨烯;在铁基摩擦材料中添加0.8%(质量分数)表面修饰石墨烯可以使材料晶粒细化并获得片层间距较小的珠光体组织,材料硬度提高30%,磨损率降低约70%,摩擦系数下降约12%;添加了0.2%(质量分数)表面修饰石墨烯的W-Mo-Cu材料,其组织均匀性和致密度均获得了提高,电导率提升约21%,硬度提高8%。证实了表面修饰石墨烯的添加能够促进金属基复合材料综合性能的提高。

气体分子在石墨表面的吸附与扩散特性

采用分子动力学方法模拟研究气体分子在石墨表面上的吸附和扩散特性,结果表明气体分子在石墨表面上的吸附强度跟石墨中碳原子和气体分子之间的微观作用力密切相关,不同分子在石墨表面上的吸附强度不同。气体分子在石墨表面上的吸附特性符合Langmuir等温吸附模型,压力越高吸附层内分子的密度越高。通过分子的表面扩散系数随着压力的增加而降低的现象以及特定时间内分子运动距离的正常概率分布,发现石墨表面上分子的扩散主要由分子之间的碰撞控制,趋近于体相扩散。分子在石墨表面吸附层内的密度对表面扩散系数的影响非常显著,导致吸附性强的CO_2和H_2S分子扩散系数要明显低于吸附性弱的CH_4和N_2分子.

空气湿度对探针与石墨烯表面相互作用的影响

利用原子力显微镜(AFM)研究了高定向热解石墨(HOPG)表面吸附液体水分子后,针尖在连续扫描该表面过程中,非常容易将最上层表面翻折,上下两层碳原子层之间形成扭转角,从而产生长程有序的Moire条纹的现象。通过系统分析针尖和石墨表面相互作用力发现,空气湿度的改变,对石墨表面的毛细作用力有较明显的改变。因此,成为影响探针翻转单层石墨烯程度的一个重要因素。通过已有模型拟合了空气相对湿度与样品扫描前后高度差之间的关系曲线图。

碱金属在石墨表面化学吸附的EHT研究

基于集团模型电荷自洽的 ＥＨＴ（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｈｕｃｋｌｅ Ｔｈｅｏｒｙ）方法对Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ等碱金属在石墨（０００１）表面上几种可能的吸附态进行了优化计算，由位能曲线得到平衡吸附高度ｚ_０，结果与实验及其他理论计算符合甚好．在两种覆盖度（Θ）下，对碱金属－石墨吸附系统的电荷转移量△Ｑ，吸附能△Ｅ，总状态密度ＤＯＳ，Ｍｕｌｌｉｋｅｎ集居数及成键性质进行比较，证实在低Θ时，碱金属原子的绝大部分电荷都转移到石墨表面，主要填充在Ｅ_Ｆ能级之上的空态；随着Θ增高，电荷转移量减少，碱金属与石墨间离子键强度减弱，但吸附层内部的成键作用增强．在ＥＨＴ计算中ｄ空轨道对传递电子、改善吸附态电子结构起着重要作用．

基于石墨烯超表面的宽带电磁诱导透明研究

提出了一种新的基于石墨烯超表面的复合结构,该结构由带有空气槽的石墨烯条、氮化镓、二氧化硅和二氧化钛组成.通过时域有限差分法研究了该结构的电磁特性,研究结果表明,该结构具有更宽频带的电磁诱导透明特性.从结构参数、电磁场分布等方面研究了电磁诱导透明的物理机理.在该结构中,石墨烯条作为明模存在,耦合作为暗模的空气槽和氮化镓侧板,即存在两种明暗模耦合的现象,因此产生宽带的电磁诱导透明现象.从研究结果发现该结构可以产生多个频点的慢光效应和传感效应,因此在光存储、红外波段的传感器设计中具有一定的指导意义和潜在的应用.

用稀土基涂料实现灰铁件表面层石墨球化工艺的研究

在铸型表面涂刷含有１＃稀土硅铁和７５硅铁的合金涂料，浇注普通灰铸铁成分的铁水，得到了表面层为球状的石墨，过渡层为蠕虫状石墨，本体为片状石墨的复合铸铁材料。表面层石墨球化的厚度可达到２．５ｍｍ以上。

石墨烯/镍复合微结构表面的池沸腾传热特性

采用电刷镀和表面改性技术,在紫铜表面制备了纯镍微结构(TS1)、亲水性石墨烯/镍复合微结构(TS2)以及疏水性石墨烯/镍复合微结构(TS3)。采用扫描电镜和接触角测量仪分别对三类微结构的表面形貌和润湿性进行了表征;以去离子水为工质,对三类微结构表面的池沸腾传热特性进行了实验研究,发现含有石墨烯的TS2和TS3较TS1的沸腾传热性能均显著改善,其中,TS3具有最大的传热系数和最高的临界热流密度,与TS1相比,其最大传热系数和临界热流密度分别提高了135%和97%。分析表明,TS3具有复杂三维堆叠微结构,疏水性微结构减小了气泡成核的活化能,增加了核化密度,是传热系数提高的主要因素,同时,三维堆叠微结构增加了受热表面的毛细吸液再润湿能力,是临界热流密度提高的主要机理。

碱金属在石墨烯表面吸附,迁移行为的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了3种碱金属(Li,Na,K)在石墨烯表面的吸附性质,迁移行为和电学性质.结果表明:3种碱金属在石墨烯表面的最稳定吸附位都是H位;吸附过程中电荷由碱金属原子向石墨烯片层转移.Li→Na→K,吸附能先减小再增大,吸附的强弱顺序为Li-石墨烯体系>K-石墨烯体系>Na-石墨烯体系;体系的离子性逐渐增强;碱金属原子在石墨烯表面的迁移激活能逐渐降低,迁移行为更容易实现.

用稀土镁基涂料实现灰铸铁件表面层石墨球化工艺的研究

研究利用含有稀土镁和镁混合球化剂的涂料，成功地实现了灰铸铁件表面层石墨的球化。其组织形态由表及里依次为球化区、过渡区和灰铸铁本体。并且研究了在原铁液不同碳当量和含硫量的情况下，灰铸铁件表面层石墨形态和组织的变化。

理化所发现液态金属在石墨表面的自由塑型效应

近日，中国科学院理化技术研究所低温生物与医学研究组首次报道了液态金属可在石墨表面以任意形状稳定呈现的自由塑型效应，并实现了逆重力方式的攀爬运动，研究以封面文章形式发表于《先进材料》。此前，金属液滴因自身表面张力较大，在电解液中通常以球形方式存在，塑形能力及变形模式相对有限。

铸铁缸套表面石墨含量对抗拉缸性能的影响

目的研究铸铁缸套表面石墨含量对抗拉缸性能的影响规律。方法基于贫油试验方法,对铸铁缸套表面石墨含量分别为0.18%、1.27%、2.13%、3.92%、4.66%、5.88%的铸铁缸套进行抗拉缸试验。试验过程记录抗拉缸时间,使用扫描电子显微镜(SEM)观察缸套的表面形貌并分析成分。结果铸铁缸套表面露出石墨,可以有效延长其抗拉缸时间。随着表面石墨含量的增加,抗拉缸时间呈现先增加后降低的趋势。当表面石墨含量达到4.66%时,抗拉缸时间为8 h,为表面无石墨缸套的9.6倍。结论铸铁缸套表面露出的石墨起到储油和固体润滑剂的作用,可以显著改善配对副的抗黏着性能;另一方面石墨作为软质相,含量过高时,缸套整体承载能力反而减弱,容易发生拉缸。

基于石墨微晶表面模型的热解碳沉积过程Monte Carlo模拟

以石墨微晶的基平面作为碳/碳复合材料化学气相渗透(chemical vapor infil-tration,CVI)制备工艺热解碳基体的表面模型,基于CVI工艺中存在的Particle-Filler(P-F)热解碳沉积模型和Langmuir-Hinshelwood(L-H)模型,利用Monte Carlo(MC)方法对热解碳基体生长中所伴随的微观织构形成过程进行了模拟,对CVI工艺中热解碳基体织构内部的界面形成过程进行了分析.研究结果表明,随着气相成分组成参数R(C6与C2浓度比)的变化,热解碳基体的织构形成过程曲线呈现"S"形特征变化.线性稳定性分析结果表明,该曲线具有双稳态分布的特征.进一步的计算结果表明,不同织构的热解碳双稳态转变存在一个迟滞区域,且此区域大小明显受气相成分组成参数的影响.

石墨烯光栅结构表面等离子体的性能

为打破传统光学衍射极限限制,实现传输损耗小和光场的强局域性,基于石墨烯表面等离子体(graphene surface plasmons, GSPs)光波导技术,研究设计了一种基于石墨烯的周期性光栅结构.该结构由空气层、缓冲层、波导层和衬底层组成,利用泄漏模共振效应产生GSPs,并且分别利用品质因子和有效模式面积来分析GSPs性能.通过调整石墨烯材料特性参数(费米能级和载流子迁移率)来优化光栅结构中的GSPs性能.仿真结果表明:费米能级为0.63 eV时,GSPs性能最佳,空间局域性最强;提高载流子迁移率可以改善GSPs的传输损耗,使其拥有更长的传输距离,但对GSPs空间局域特性的影响不明显.

基于石墨烯超表面天线的太赫兹动态相位调控及波束扫描

太赫兹波频段介于毫米波和红外光之间,具有诸多优异特性,太赫兹天线更是太赫兹通信、雷达和成像等应用系统中的核心元器件。然而,目前报道的太赫兹天线均无法满足较大动态范围的相位扫描、高效率辐射和大偏转角度的需求。该文设计了3种石墨烯太赫兹天线,最小尺寸为5μm,并对其辐射效率和相位调控特性进行研究,进而提出具有双共振模式的石墨烯-金属太赫兹超表面天线,缓解了传统的基于单共振模式的相位动态调控范围和辐射效率之间的矛盾,实现了0~360°的动态相位调控,且辐射效率高于20%。该研究采用微加工工艺进行样品加工,通过改变栅极电压,在实验上获得了1.03 THz的太赫兹动态相位调控,反射率高于23%,与仿真结果基本吻合。在此基础上,该文基于连续相位编码设计了石墨烯超表面相控阵天线,理论上实现了太赫兹波束在-25°~25°范围内的实时波束偏转。该文为解决超表面相控阵天线的相位动态调控范围小、辐射效率低等难题提供了新的研究思路。