氧化石墨烯/碳纳米管对几种典型高分子材料的性能影响

氧化石墨烯/碳纳米管(GO/CNTs)作为理想的碳纳米材料,拥有独特三维空间结构和巨大的比表面积,被广泛应用于增强高分子材料,可提升复合材料物理力学性能、稳定性,并赋予复合材料优异的导热、导电、动态力学等性能。本文介绍了常用于制备GO/CNTs基的制备方法,重点对比了铸层/涂覆法、真空抽滤法、共混法制备复合材料的微观形貌与优缺点,探讨了结构控制与GO/CNTs基复合材料性能的关系,详细介绍了GO的改性、CNTs的改性和GO/CNTs的掺杂与高分子材料的相容性,并对其在环氧树脂、橡胶、可生物降解聚合物的应用进行了分析,探究GO/CNTs对复合材料物理力学性能和功能性的影响,最后总结了GO/CNTs改性高分子材料的技术优势及目前存在的问题,展望未来发展方向,以期对GO/CNTs改性环氧树脂、橡胶等高分子材料制备高附加值产品提供参考。

基于氧化石墨烯/碳纳米管复合薄膜修饰电极制备L-色氨酸电化学传感器

将Hummers法制备的单层氧化石墨烯(GO)与多壁碳米管(MWCNT)超声混合,得到性能稳定的GO/MWCNT复合纳米材料。以此纳米材料修饰玻碳电极,构建了一种新型L-色氨酸(L-Trp)电化学传感器。采用透射电镜(TEM)、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)等方法对修饰电极进行了表征;并研究了L-Trp在修饰电极上的电化学行为和动力学性质。结果表明,L-Trp在GO/MWCNT修饰电极有一个灵敏的氧化峰(Epa=0.956 V);该氧化反应是一个2电子和2质子参与的不可逆过程,电极过程受到吸附步骤控制,其表观标准速率常数为9.613×10-4cm/s;利用该氧化峰可进行痕量L-Trp的检测。在pH 6.0磷酸盐缓冲液中,当富集电位为0.600 V,富集时间为25 s,扫速为100 mV/s时,L-Trp氧化峰电流与其浓度在1.0×10-6～1.0×10-4mol/L范围内呈良好线关系,相关系数为0.995,检出限可达3.50×10-7mol/L;所制备的电化学传感器稳定性较好,用于人体血清中L-Trp的现场快速检测,加标回收率为97.8%～104.2%。

超高容量氧化石墨烯/碳纳米管气凝胶用于血红蛋白的吸附分离

采用冷冻干燥技术制备了三维氧化石墨烯/碳纳米管(GO/CNTs)气凝胶,在疏水作用下,该气凝胶对蛋白质表现出良好的吸附性能.在p H=8.0时,GO/CNTs气凝胶对血红蛋白的吸附效率很高,而对白蛋白基本不吸附,从而可实现血红蛋白的选择性吸附分离.在最佳吸附条件下,GO/CNTs气凝胶对血红蛋白的吸附容量高达3793.3 mg/g,是去除高丰度血红蛋白的高效材料.吸附后的血红蛋白可以使用p H=11.5的BrittonRobisin缓冲液有效洗脱,回收率为67%.圆二色光谱结果表明,GO/CNTs气凝胶具有良好的生物相容性,其表面发生的吸附/洗脱过程对血红蛋白的构象基本无影响.将GO/CNTs气凝胶用于人全血样品中血红蛋白的选择性分离,SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳结果表明得到了较高纯度的血红蛋白.

基于还原氧化石墨烯/碳纳米管-纳米金复合纳米材料的阻抗型电化学适配体传感器检测铜绿假单胞菌

基于还原氧化石墨烯/碳纳米管-纳米金复合纳米材料制备电化学阻抗传感器检测铜绿假单胞菌。采用电化学沉积的方法将氧化石墨烯/碳纳米管修饰在电极表面,并将氧化石墨烯电化学还原。随后将纳米金沉积在电极表面,最后将巯基修饰的铜绿假单胞菌适配体通过金硫共价键结合在纳米金表面,制成工作电极。用扫描电镜观察合成的还原氧化石墨烯/碳纳米管-纳米金材料的形貌。用循环伏安法对组装电极的每一步进行电化学表征。当铜绿假单胞菌在适配体修饰的电极表面孵育后,适配体会将目标菌捕获在电极表面,阻碍电极表面电子传输,导致阻值上升,根据电阻变化值可实现对目标菌的定量检测,检测线性范围为10~10^(6) CFU/mL,检出限可达4 CFU/mL,本实验方法是已知的检测铜绿假单胞菌灵敏度最高的电化学方法。

氧化石墨烯/碳纳米管协同改性环氧树脂的制备与性能

先用改进的水热法,经超声剥离制备氧化石墨烯(GO),并采用两相萃取法将制得的GO萃取到环氧树脂基体(EP)中;再用超声分散及热催化反应的方法将羟基化多壁碳纳米管(MWCNTs)分散到甲基六氢苯酐(MHHPA)中,然后将GO/EP复合材料与MWCNTs/MHHPA混合制得GO-MWCNTs/EP复合材料。利用扫描电镜对该复合材料断面形貌进行表征,并进行了力学性能测试及动态力学分析测试。结果表明,复合材料的力学性能和热稳定性较纯环氧明显提高。当GO加入量为0.1%,MWCNTs含量为0.4%时,材料的冲击强度最高,强度值为84.22kJ/m2,提高了137%;拉伸强度提高了48.4%;断裂伸长率增加了97.9%。表明GO-MWCNTs对环氧树脂具有协同增强、增韧的协同效应。

纳米纤维素/氧化石墨烯/碳纳米管复合薄膜的制备及表征

以纳米纤维素(CNF)为分散介质,氧化石墨烯(GO)为增强介质,多壁碳纳米管(MWNT)为导电介质,机械搅拌后真空抽滤制备CNF/GO/MWNT复合薄膜,研究GO/MWNT含量对复合薄膜性能的影响,采用红外、Raman光谱、扫描电镜、透射电镜对薄膜的结构和形貌进行表征,采用动态力学分析、热重分析和电导率测试研究薄膜的力学性能、热性能和电性能。结果表明,薄膜的拉伸强度随GO含量的增加先增加后减小,薄膜电导率和耐热性随MWNT用量增加而增加,当CNF/GO/MWNT质量比为20/10/70时,复合薄膜性能最佳,薄膜的电导率达到236.07 S/m,拉伸强度为25.13 MPa,180~300℃区间材料的热失重为9.45%,最大热分解速率对应温度达到322.69℃。扫描电镜、透射电镜结果表明,GO在材料内部呈现规整结构,CNF能有效分散GO/MWNT,形成均匀分散液。

湿法制备氧化石墨烯/碳纳米管电极的聚合物太阳能电池器件

湿法制备聚合物太阳能电池具有过程简单、大面积制备以及低成本等优点,它是新型太阳能电池技术走向应用的策略之一。文中在室内条件下采用湿法旋涂方法制备了氧化石墨烯/碳纳米管混合薄膜,该薄膜具有良好的透光性与导电性,方块电阻为4 500 ohm/sq时相对应薄膜的透光率达到90%(550 nm)。此外,场效应测试表明该混合薄膜呈现p型半导体特性,表明可用于解离空穴的收集。所以,基于该导电薄膜为电极材料制备的聚合物二极管具有光伏效应,在能量转换中有潜在应用。

还原氧化石墨烯/碳纳米管/Co_3O_4三元复合材料的制备与电化学性能

将低温水热反应和低温热处理相结合,制备了含还原氧化石墨烯(RGO)、碳纳米管(CNTs)和Co3O4的三元纳米复合材料RGO-CNTs-Co3O4;利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜分析了合成产物的相组成和微观结构,分析了其形成过程;并利用电化学测试装置测定了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.结果表明,在合成反应过程中,氧化石墨烯被还原剂肼还原为石墨烯,同时在石墨烯和CNTs表面生成氢氧化钴;再经低温热处理得到RGO-CNTs-Co3O4三元复合材料.Co3O4纳米颗粒均匀分散在由RGO片层和CNTs组成的三维网络结构中;这种三维网络结构既有利于电子和离子的传输,又能够有效抑制Co3O4在脱嵌锂过程中因体积变化引起的结构破坏.总体而言,合成的新型三元复合材料具有高的比容量以及良好的循环性能与倍率性能.

还原氧化石墨烯/碳纳米管透明导电薄膜的制备及性能研究

使用天然植物多酚——单宁酸(TA)作为氧化石墨烯(GO)的还原剂,通过“一步法”实现了对GO的绿色还原和功能化。随后,将TA还原氧化石墨烯(RGO)和碳纳米管(SWCNT)结合起来,共同构筑具有三维结构的石墨烯/单壁碳纳米管(RGO/SWCNT)透明导电薄膜(TCFs)。该薄膜有着良好的导电性(透光率为75.1%时,面电阻为36.1Ω/sq)、较低的粗糙度(薄膜的粗糙度仅为5.45 nm)、优异的柔性(经过1000次弯折试验后,薄膜的面电阻保持不变)和较好的界面黏附力(薄膜的黏附因子均大于0.9)。该复合薄膜拥有良好的性能可以应用在柔性可穿戴器件领域。

氧化石墨烯/碳纳米管共混超滤膜的制备与性能研究

以聚碳酸酯膜作为基膜,通过真空抽滤将氧化石墨烯/碳纳米管共混材料固定在膜上,制备得到氧化石墨烯/碳纳米管共混复合膜。通过扫描电镜,X射线衍射仪,傅里叶变换红外光谱仪,接触角测试仪对复合膜进行表征,得到复合膜表面形貌,层间距,化学结构以及亲水性。通过超滤评价装置对复合膜进行分离性能测定,结果表明当CNTs含量达66.67%时为最佳浓度,甲基蓝染料截留率为75%左右,水通量为18.5LMH。为了进一步优化复合膜截留率,在该膜基础上进行层层自组装改性,结果表明铺展一层0.1mg/mL聚乙烯亚胺,复合膜对甲基蓝染料截留率大幅提高达到93%。

氧化石墨烯/碳纳米管增强环氧树脂及其性能

采用Hummers制备了氧化石墨烯,并对多壁碳纳米管进行氧化处理,后再通过超声分散使得氧化石墨烯以及功能化碳纳米管通过π-π作用紧密结合在一起后又均匀地分散在环氧树脂中,制备了氧化石墨烯/碳纳米管环氧树脂复合材料。后通过摩擦仪来检测氧化石墨烯、功能化碳纳米管对复合材料的摩擦性能的影响;对样条进行拉伸性能、热失重性能的检测,并用扫描电镜(SEM)来观察样条断面的形态。结果表明:氧化石墨烯、功能化碳纳米管的添加能够有效地改善复合材料的耐摩擦性能,且材料的拉伸性能得到很好的改善,提高了复合材料的韧性和强度。

氧化石墨烯/碳纳米管复合薄膜制备及表征

将氧化石墨烯(GO)和COOH官能基多壁碳纳米管MWCNT-COOH在去离子水中混合。用超声探针对GO/MWCNT-COOH水溶液进行超音波处理。表面活性剂TritonX-100能使GO和MWCNT-COOH在水中更好地分散。使用真空泵,使悬浮液通过PTFE膜过滤,GO和MWCNT-COOH混合水溶液沉积在PTFE过滤膜上形成复合薄膜。用扫描电子显微镜对薄膜进行表征。用纳米压痕仪检测薄膜的力学性能,通过霍尔效应检测薄膜的导电性能。结果表明,复合薄膜随着GO含量的增加杨氏模量和硬度不断提高,还原前复合薄膜随着GO含量的增加导电率不断降低,热处理还原后复合薄膜随着GO含量的增加导电率迅速增大。

氧化石墨烯/碳纳米管水泥基复合材料的抗冻性研究

氧化石墨烯和碳纳米管都是碳基纳米材料,具有强度极高、比表面积极大和导电性能极好等优异性能。通过试验研究了不同掺量的氧化石墨烯和碳纳米管对水泥基复合材料抗冻性的影响;结果表明:300次冻融循环后试件的质量损失率和强度损失率揭示了氧化石墨烯和碳纳米管在改善水泥基复合材料抗冻性的作用,氧化石墨烯掺量为0. 08%碳纳米管掺量为0. 15%的试件在300次冻融循环后有最小的质量损失率和强度损失率;并用图形分析软件Image Pro Plus对试件的孔结构进行了定量分析,从孔结构的优化和水泥石强度增大等方面解释了作用机理。

氧化石墨烯/碳纳米管/聚丙烯复合材料的制备及性能研究

氧化石墨烯(GO)、碳纳米管(CNTs)作为增强材料赋予聚合物复合材料多种优异性能,然而,其在聚合物中的分散性是影响复合材料性能的重要因素.本研究采用改进的Hummers方法制备了氧化石墨烯,将均聚聚丙烯(PP)与GO及羧基化CNTs通过平行双螺杆挤出机共混挤出,得到GO/CNTs/PP复合材料,并研究了GO与CNTs的含量对复合材料性能的影响.测试结果表明当GO与CNTs的质量比为7∶3时,GO与CNTs在聚合物中分散均匀,复合材料的力学性能提高显著.

氧化石墨烯/碳纳米管增强环氧树脂及其性能分析

石墨烯作为碳的二维结构新型材料,在实际应用中呈现出非常优越的性能,具体体现在电性能、导热性能、特殊量子效应和电子性能等诸多方面。近些年据相关调查和研究表明,石墨烯填充的复合材料界面性能得到了极大程度提升,但也因为石墨烯在聚合物中分散性比较差,所以在一定程度上制约了力学性能的发挥。这是目前复合材料制备工作中面临的一个难题和挑战。基于此,就氧化石墨烯/碳纳米管增强环氧树脂及其性能的相关内容进行深入分析和探究。

PLGA/赖氨酸接枝氧化石墨烯纳米粒子复合支架对MC3T3细胞成骨分化的影响

背景:骨损伤后如何有效促进骨再生和骨重建一直是临床骨修复研究中的关键问题,利用生物和降解材料搭载生物活性因子在骨修复中具有优秀的应用前景。目的:探究赖氨酸接枝氧化石墨烯(LGA-g-GO)纳米粒子改性的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)复合支架对成骨分化及新骨形成的影响。方法:将PLGA溶于二氯甲烷中,利用溶剂挥发法制备PLGA支架;将氧化石墨烯均匀分散于PLGA溶液中制备PLGA/GO复合支架;利用化学接枝法制备LGA-g-GO纳米粒子,将LGA-g-GO纳米粒子按不同的质量比(1%,2%,3%)与PLGA共混构建出PLGA/LGA-g-GO复合支架。表征5组支架的微观形貌、亲水性、蛋白吸附能力。将MC3T3细胞分别接种于5组支架表面,检测细胞增殖与成骨分化情况。结果与结论:①扫描电镜下可见PLGA支架表面光滑平坦,其余4组支架表面粗糙,并且随着LGA-g-GO纳米粒子加入量的增加,复合支架的表面粗糙程度加重;PLGA/LGA-g-GO(3%)复合支架的水接触角低于其他4组支架(P<0.05);PLGA/LGA-g-GO(1%,2%,3%)复合支架的蛋白吸附能力强于PLGA、PLGA/GO支架(P<0.05);②CCK-8检测显示,PLGA/LGA-g-GO(2%,3%)复合支架可促进MC3T3细胞的增殖;碱性磷酸酶染色与茜素红染色显示,PLGA/LGA-g-GO(2%,3%)组细胞碱性磷酸酶活性高于其他3组(P<0.05),PLGA/GO组、PLGA/LGA-g-GO(1%,2%,3%)组钙沉积多于PLGA组(P<0.05);③结果表明,PLGA/LGA-g-GO复合支架能够促进成骨细胞的增殖和成骨分化,有利于骨损伤后的骨再生和骨重建。

三维多孔碳纳米管-还原氧化石墨烯复合气凝胶应用于高性能对称超级电容器

以羟基化的碳纳米管(CNT-OH)和自制的氧化石墨烯(GO)为原料,通过氧化还原自组装的水热合成策略制备了碳纳米管-还原氧化石墨烯(CNTs-rGO)三维气凝胶,并探究了水热温度对三维气凝胶的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构、形貌进行了表征,并对其进行电化学性能测试。其中,在140℃下合成的气凝胶CNTs-rGO展示了最佳的电化学性能,在1 A·g^(-1)电流密度下的比电容高达294.65 F·g^(-1),循环伏安曲线在50 mV·s^(-1)扫速下的形状仍然近似于矩形,展示了良好的可逆性。将其作为正极和负极材料组装的对称超级电容器在功率密度为249.8 W·kg^(-1)时的最大能量密度为3.744 Wh·kg^(-1),在1 A·g^(-1)下循环10 000次后,其电容保持率和库仑效率均约为100%。优异的电化学性能主要归因于CNTs-rGO复合材料疏松多孔的三维立体结构,这保证了离子的快速运输,同时CNTs和rGO的交联结构提高了电导率,充分发挥了CNTs和rGO的化学和电学性能。

聚多巴胺-氧化石墨烯-碳纳米管层状复合脱盐膜的制备及性能稳定性研究

二维纳米材料氧化石墨烯(GO)可通过层层堆叠成膜、构建层间毛细孔道,用于脱盐应用。然而,GO膜在运行过程中的渗透性能及其稳定性都有待提升。以亲水的碳纳米管(CNTs)为改性物,在聚多巴胺(PDA)修饰的基膜上交替喷涂多层GO(MLGO)和CNTs,制备出了多元层状复合脱盐膜。当MLGO-CNTs的单位面积质量为72 mg/m^(2)时,复合膜在5 bar操作压力下对1 g/L Na_(2)SO_(4)溶液的盐截留率最高达到92.8%,水通量最高可达到4.8 L/(m^(2)·h·bar),较PDA-MLGO膜提高了71.4%。在400 h的连续错流过滤实验中,复合膜的水通量稳定性高于PDA-MLGO膜。CNTs的管内空间和MLGO-CNTs组装间隙为复合膜引入了有效的渗透通道。

氧化石墨烯修饰的碳纳米管负载Ni-Pd双金属催化聚苯乙烯加氢反应研究

聚苯乙烯(PS)性脆、玻璃化温度不高、抗冲击性不足等缺陷限制了其应用领域。通过苯环加氢可以有效改善PS的性能缺陷,通过氧化石墨烯(GO)修饰的碳纳米管(CNT)负载Ni-Pd双金属制备加氢催化剂可以用于PS的加氢反应。结果表明,GO修饰的CNT作载体的Ni-Pd双金属催化剂具有较高的催化活性和稳定性;在催化剂质量分数为7.5%、反应温度为153℃、反应压力为5.4 MPa、反应时间为6.2 h的条件下,PS转化率大于99%,加氢产物的链长保留率达90%。加氢产物的力学性能、玻璃化温度得到显著提升,且密度和吸水率更低。

氧化石墨烯-碳纳米管改性水性聚氨酯膜的制备及其性能研究

将氧化石墨烯(GO)与碳纳米管(CNTs)在去离子水中混合,通过超声处理得到分散均匀的氧化石墨烯-碳纳米管(GO-CNTs)分散液。比较了纯WPU膜、GO改性WPU膜、CNTs改性WPU膜以及GO-CNTs改性WPU膜的性能,选取了最佳改性材料,再通过将不同质量分数GO-CNTs分散液与WPU共混,研究不同添加量对复合膜热学、力学、电学及防水透湿性能的影响,采用SEM、FTIR、水接触角和TG等方法对膜的结构和性能进行表征,并探究了添加GO前后蓄热性、抗菌性的变化。结果表明:当GO-CNTs添加的质量分数为0.6%时,复合膜的综合性能最佳,接触角为42.3°,顶破强力为38 N,拉伸强度和断裂伸长率分别为5.6 MPa、280%,电阻为49 GΩ,耐静水压为14750 mmH_(2)O,透湿率为2110 g/m^(2)·24 h,防水透湿性较好,可以应用于防水透湿织物,经改性膜贴合后织物的蓄热温度提升了13.7℃,抗静电性及抗菌性提升。