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。

石墨烯/碳纳米管复合电热膜制备过程工艺优化及预测模型

目的本文利用响应面法和神经网络遗传算法对石墨烯/碳纳米管复合电热膜的固化工艺进行优化,并对2种方法的优化结果进行比较,为复合电热膜制备提供了最佳的工艺参数。方法通过单因素实验探讨浆料定量、固化温度和固化时间对复合电热膜体积电阻率的影响,在此基础上进行BB试验设计,在BB试验结果上进行响应面法(RSM)和BP神经网络分析及优化。结果单因素实验结果表示随电热膜定量增加,体积电阻率先下降后上升,随着固化温度的升高或固化时间增加,体积电阻率逐渐下降直至趋于稳定。对BB响应面法和GA-BP遗传神经网络法优化获得的最佳工艺进行实验验证,GA-BP遗传神经网络模型优化的结果相对误差较小为1.06%,因此得出最佳固化工艺参数:定量为0.056 g/cm^(2)、固化温度为85.71℃、固化时间为11.13 h。该研究结果对石墨烯碳纳米管复合电热膜的制备工艺具有参考价值。结论通过响应面方差分析表明,定量、固化温度和固化时间三因素对体积电阻率既有显著的线性影响,也有极其显著的平方影响。BP神经网络预测模型的准确性很好,可用于石墨烯/碳纳米管复合电热膜体积电阻率的预测。

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。

单脉冲电沉积Ni-纳米TiC-氧化石墨烯复合镀层结构及磨损性能

本研究利用单脉冲电沉积技术在Q235钢表面制备了一种新型的Ni基减摩耐磨三元复合镀层,首先通过研究氧化石墨烯(GO)浓度对Ni-纳米TiC基复合镀层形貌、镀速及硬度的影响确定了最佳的GO添加量,然后利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)和X射线光电子能谱仪(XPS)等设备对三元复合镀层的结构进行了表征。最后与Ni-纳米TiC复合镀层等进行了对比,研究了三元复合镀层的硬度及耐磨损性能。结果表明:镀液中GO的最佳质量浓度为200 mg/L。此时,Ni-纳米TiC-GO复合镀层的表面均匀致密,粗糙度值Ra=3.087μm。XRD和拉曼光谱等分析结果表明纳米TiC和GO成功复合到Ni基镀层之中。Ni-纳米TiC-GO复合镀层的硬度为726.3HV,约是Ni-纳米TiC复合镀层(463.8HV)的1.5倍。Ni-纳米TiC-GO复合镀层的平均摩擦系数为0.108,相比于Ni-纳米TiC复合镀层(0.285),其具备更好的减摩耐磨性能。

石墨烯和碳纳米管增强铜基复合材料的研究进展

本文回顾了碳纳米管(CNT)和石墨烯(Gr)增强铜基复合材料的研究进展,探讨了这些复合材料的制备方法、性能提升机制及潜在应用前景。CNT和Gr因独特的物理化学特性,作为铜基复合材料的理想增强相,显著提升了材料的力学性能、导电性和热导率。首先回顾了铜基复合材料的传统制备技术,包括粉末冶金法和机械合金化法,随后介绍了新兴的化学气相沉积(CVD)和电沉积法,这些技术通过直接生长或电化学沉积实现更好的界面结合。对比分析了不同方法的优缺点,指出粉末冶金和机械合金化的成本较低但可能引起增强相分布不均,而CVD法虽能制备高质量材料但成本较高且环境影响敏感。进一步分析了CNT和Gr在铜基体中的分散性及界面结合对性能的影响,强调了良好分散性和强界面结合的重要性。在力学性能方面,CNT和Gr的分散性和界面结合对复合材料的强化机制起着关键作用,包括载荷转移、晶粒细化和Orowan强化等。此外,讨论了CNT和Gr增强铜基复合材料在耐腐蚀性、磨损性能及热管理等方面的应用潜力。尽管存在挑战,但这些复合材料在电力传输、电子器件和航空航天等领域显示出巨大应用前景。未来的研究将集中于微观结构控制、制备工艺创新和多功能复合材料开发,以实现更高性能的工业应用。

石墨烯-碳纳米管复合纤维高灵敏度测温性能

以碳纳米管(CNT)为填料、氧化石墨烯(GO)溶液为主体,通过化学限域水热法制备了含有不同质量碳纳米管的石墨烯-碳纳米管复合纤维。发现石墨烯-碳纳米管复合纤维热电性能随着氧化石墨烯与碳纳米管质量比的增加有提升趋势。利用瞬态电热(TET)技术研究了石墨烯-碳纳米管复合纤维的测温性能,并分析了其导电机理。结果表明,石墨烯-碳纳米管复合纤维的测温性能表现良好,且随着温度的降低,测温性能进一步提升。在30 K时,电阻温度系数(TCR)为0.05 K^(-1),特征响应时间为0.56 s;电流热退火后结构尺寸增大了0.5倍。导电机理由热激活传导(150~292 K)转变为最近邻跳跃(NNH)传导(70~150 K)和可变范围跳跃(VRH)传导(30~70 K)。为石墨烯-碳纳米管复合纤维在高灵敏度温度传感器上的应用提供了理论支撑。

氧化石墨烯/聚酰胺纳米复合材料研究进展

石墨烯具有优异的光学、电学和力学性质,石墨烯/聚合物纳米复合材料受到了学术界和产业界的共同关注。近年来,氧化石墨烯/聚酰胺纳米复合材料在提高材料性能、拓展下游应用方面取得了突破。文中综述了氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和功能化氧化石墨烯与不同聚酰胺复合的研究进展,总结了原位聚合、熔融复合和溶液共混等制备方法,讨论了氧化石墨烯的功能化方法以及纳米复合材料的化学结构、热性能、力学性能、电化学性能及应用,同时对该领域的发展和面临的挑战进行了探讨。

氧化石墨烯辅助的超分子骨架膜用于水包油型纳米乳液的高效分离

制备可以同时高效且高通量地处理纳米乳液的超浸润材料仍然具有挑战。为此,本文提出了一种通过在超分子骨架纳米片上修饰氧化石墨烯以增强亲水性的策略。通过将两种具有片状形态的材料连续抽滤于商业基质上,可制备得到氧化石墨烯辅助的超分子骨架复合膜,并用于分离具有纳米尺寸液滴的水包油乳液。骨架一方面通过均匀的纳米孔拦截乳液中分散的微小液滴,另一方面也通过带负电的表面提供静电相互作用来驱动破乳过程发生。具有良好亲水性的氧化石墨烯赋予膜材料改善的亲水能力和水合层。该复合膜具有纳米级的截留尺寸、带负电的表面和水下疏油性,并且还获得了高的水通量和耐油污染性。基于尺寸筛分和破乳效应,该复合膜可有效地去除分散在水包油乳液中由非离子、阴离子和阳离子表面活性剂稳定的纳米油滴。特别是对于离子型乳液,在分离后动态光散射未检测出残留液滴。滤液中总有机碳含量小于10 ppm,对应着大于99.9%的分离效率,优于许多国家和组织的标准。在各种乳液的分离过程中,复合膜表现出较高的分离渗透性,约为原始骨架膜的3.5倍。此外,具有防污效果的复合膜获得了较高的通量回收率,通过简单的水洗处理即可实现5次具有稳定分离性能的循环。该复合膜在重复使用过程中没有组分损失,在150℃内具有热稳定性,并能抵抗腐蚀性化学环境。在本工作中,我们试图将具有不同结构特性和表面特性的两种组分结合,通过简单的方法制备复合膜,并在功能协同作用下实现水包油型纳米乳液的高性能分离。

具有pH值响应性纳米通道的氧化石墨烯纳滤膜的制备

为了改善氧化石墨烯基纳滤膜在应用时结构稳定性差和应用范围窄的问题,利用乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)对氧化石墨烯(GO)进行改性,并接枝聚丙烯酸(PAA),获得具有交联结构和pH值响应性的GO-PAA纳滤膜;对GO粉末、GO-VTES粉末、GO-PAA粉末和纳滤膜进行表征,采用染料刚果红、达旦黄、金橙、结晶紫、罗丹明B和碱性红分析纳滤膜的分离性能。结果表明:在酸性环境下,PAA链静电斥力减弱,链收缩,膜分离效果差;在中性或碱性环境下,PAA链静电斥力大,链伸展,膜分离效果好,纳滤膜对阴离子型染料的分离效果均达99%以上,对阳离子型染料均具有99%以上的吸附分离效果。该GO-PAA纳滤膜具有优异的分离效果和结构稳定性,在染料废水处理领域有着广泛的应用前景。

碳纳米管/还原氧化石墨烯/聚氨酯电热变色传感纱线的制备及其性能

为了解决柔性应变传感器灵敏度较差、应变范围较窄、牢度不高等问题,设计了一种以聚氨酯细丝为芯,以碳纳米管和还原氧化石墨烯构成的三维导电网络为鞘的应变传感纱线,并采用热致变色油墨为保护层,使应变传感纱线兼具变色功能。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪对传感纱线形貌与结构进行表征,并使用电子万能测试机和万能拉力试验机测试了柔性应变传感器的传感性能和稳定性能。结果表明:碳纳米管穿插于还原氧化石墨烯片层间,形成了导电性能良好的三维导电网络;变色传感纱线灵敏度最高达32.31,应变范围可达100%,可用于人体微小运动检测;在4 V的低电压下即可迅速升温至60℃,能够实现主动变色的附加功能,为发展变色响应快、颜色可调控、使用稳定性高的热致变色材料和传感材料提供新的设计思路,推动碳纳米材料在柔性可穿戴领域的应用。

多壁碳纳米管/还原氧化石墨烯气凝胶的水蒸发性能研究

石墨烯片层间由于π-π相互作用会形成堆叠结构,不利于水体传输,影响石墨烯基材料的水蒸发性能。为改善石墨烯片层间的堆叠结构,形成较多的水体传输通道,提高石墨烯基材料的水蒸发性能,在氧化石墨烯(GO)中复合不同含量的多壁碳纳米管(MWCNT),采用水热还原法得到复合水凝胶,最后利用冷冻干燥法得到多壁碳纳米管复合还原氧化石墨烯气凝胶(MWCNT/rGOA)。研究了MWCNT含量对还原氧化石墨烯气凝胶微观结构与水蒸发性能的影响,并对MWCNT/rGOA的结构和性能进行了表征。结果表明,当MWCNT含量较低(MWCNT与GO质量比为0~0.4)时,随着MWCNT含量的增加,石墨烯片层间距增大,气凝胶内部水通道更加丰富,水蒸发性能增强。随着MWCNT含量的继续增加(MWCNT与GO质量比为0.4~0.7),MWCNT大量团聚,破坏了气凝胶内部的水通道,水蒸发性能减弱。当MWCNT与GO质量比为0.4时,MWCNT/rGOA的水蒸发速率和光热转化效率均达到最大值,分别为1.75 kg/(m^(2)·h)和91.1%。

面向染料废水处理的氧化石墨烯复合纳滤膜研究进展

染料废水处理是实现染料行业可持续发展的必要条件。近年来,氧化石墨烯(GO)复合纳滤膜作为一种新兴的复合膜材料,因其具有渗透选择性易调节、抗污染性优良、制备简单可控等特点而备受关注。本文从分析染料废水的特点出发,重点总结了针对染料废水处理的GO复合纳滤膜的设计要求、制备条件、改性方法等方面的研究进展,并对其未来发展进行了展望。

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。

三维石墨烯/碳纳米管复合材料的制备及超电容性能研究

该研究旨在探讨三维石墨烯/碳纳米管复合材料的生产方法和其超电容特性。用平衡沉积法制备Ni-Mg-Al三元金属氧化物(TMO),并用一步化学气相沉积法(CVD),以CH4为碳源,Ar为保护气体,通过Ni的原位还原过程,成功制备出碳纳米管(CNTs),并且在Mg与Al的金属氧化物中形成石墨烯(GR)。最后采取水热处理方式,有效剔除TMO,成功生产出三维石墨烯(3DGR)/CNTs的混合物。同时通过调节Ni、Mg和Al 3种金属离子的摩尔比、生长温度和生长时间,并借助3DGR/CNTs复合材料的结构和电容特性,来对CNTs和GR 2种成分的生长动力学差异进行适当的管理和改善。经过研究,发现CNTs复合材料的电子传输路径得到CNTs与GR的共同作用,这对于显著提高其导电特性,进一步增强其电容性能具有积极影响。

石墨烯层间原位生长碳纳米管薄膜制备及其导热性能研究

随着电子器件的集成化程度越来越高,对热管理材料的导热性能提出了更高要求。石墨烯具有很高的面内导热系数,由石墨烯微片堆叠而成的石墨烯薄膜面内方向具有较高导热性能,但是其厚度方向导热性能较低。碳纳米管与石墨烯有相同的元素组成和相似的晶体结构,碳纳米管轴向热导率很高。本文通过将氧化铝颗粒、催化剂二茂铁和碳源PMMA同时引入氧化石墨烯薄膜层间,在氧化石墨烯薄膜热还原的同时,原位生长碳纳米管,形成含氧化铝颗粒、一维碳纳米管和二维石墨烯三种材料和多维结构石墨烯复合薄膜。其中,二维石墨烯片提供高的面内导热性能,沿石墨烯膜厚度(层间)生长的一维碳纳米管提供较高的厚度方向导热性能;氧化铝颗粒作为高导热填料,填充石墨烯薄膜的层间间隙,连通石墨烯片导热通道;同时,氧化铝颗粒作为碳纳米管高效原位生长的衬底,显著提高碳纳米管的生长效率,提高碳纳米管含量,显著提高石墨烯膜的导热性能。研究结果表明,厚度为50μm的还原氧化石墨烯复合薄膜的面内导热系数达1006±32 W/mk、厚度方向导热系数达7.30±0.16 W/mk。

石墨烯/碳纳米管/钼酸铋复合材料制备及光催化性能研究

Bi_(2)MoO_(6)是一种典型的Aurivillius型结构,具有适当的带隙能(2.7 eV),能够捕捉可见光,具有优异的光催化性能,但是光生载流子在催化剂表面容易复合,造成量子效率低。以五水硝酸铋(Bi(NO_(3))_(3)·5H_(2)O)、二水合钼酸钠(Na_(2)MoO_(4)·2H_(2)O)、氧化石墨烯(GO)和碳纳米管(CNTs)为原材料,通用水热法制备了石墨烯/碳纳米管/钼酸铋复合光催化材料,并对罗丹明B进行了光催化降解。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪和紫外可见分光光度计对所制备样品的表观形貌、晶体结构和光催化性能进行了表征和分析。结果表明:适量的碳纳米管大大提高了复合粉体比表面积,有效促进光催化降解罗丹明B的性能,同时确定最佳水热反应温度为120℃,过高的水热温度会造成钼酸铋晶粒的长大,进而不利于光催化性能。

碳纳米管、氧化石墨烯和碳纳米纤维的红外和拉曼光谱研究

以碳纳米管(CNTs)、氧化石墨烯(GO)和碳纳米纤维(CNFs)作为研究对象,采用透射电镜(TEM)、红外、Raman光谱对三种碳材料的结构和形貌进行表征与比较。结果表明,GO有着巨大的比表面积,较强的吸水性和优异的力学性能;表面含有羟基(-OH)、羰基(C=O)等大量的含氧官能团,易与其它基质或基体材料混合,从而制备复合材料。CNTs是一种中空结构的一维量子材料,具有较大的长径比,可通过合适取向制成导热优良材料;具有优异的力学性能,可用于增强复合材料的力学性能。CNFs具有三维网状结构良好的相容性、纳米尺度和良好的生物质特性,不仅可以提高材料强度,还有效减少了复合材料的重量,赋予其生物降解性等优点。Pb初始浓度和pH对CNTs、GO、CNFs吸附效果有一定影响,随着初始浓度增大,吸附率逐渐降低;随着pH增大,吸附率逐渐升高。研究结果证实三类碳材料在新能源材料领域具有巨大的应用前景。

金纳米花/氧化石墨烯复合基底的制备及SERS性能研究

采用Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),采用种子生长法合成了粒径为50 nm的金纳米花,再以制备好的金纳米花和GO为结构单元,通过对比不同配比的AuNSFs/GO复合物,得到了最佳配比,并对该纳米复合材料进行了表征和SERS性能验证。

氧化石墨烯/改性碳纳米管复合膜的制备及其分离水中Pb^(2+)的效果

以改进Hummers法制备的氧化石墨烯(GO)和氧化改性碳纳米管(CNT)为原料,按照不同质量比混合后,通过超声分散→离心→真空抽滤制备了氧化石墨烯/改性碳纳米管复合膜,分析了复合膜的结构、组成和形貌,并测试了该复合膜分离水中Pb^(2+)的效果。结果表明:该复合膜的结构呈片层状,改性CNT进入GO的层间使其层间距增大,且增加了膜层缺陷;当GO和改性CNT的质量比由1…2增至1…0时,复合膜的Pb^(2+)截留率由85%快速增至99%以上,水通量则由550×10^(-5) L·m^(-2)·h^(-1)·Pa^(-1)降至35×10^(-5) L·m^(-2)·h^(-1)·Pa^(-1);GO和改性CNT质量比为1…1时制备的复合膜性能较佳,Pb^(2+)截留率达到99%以上,水通量达到518×10^(-5) L·m^(-2)·h^(-1)·Pa^(-1)。

硫化铜/氧化石墨烯/壳聚糖/纳米羟基磷灰石复合材料的抗菌及促成骨作用

目的探讨硫化铜(CuS)/氧化石墨烯(GO)/壳聚糖(CS)/纳米羟基磷灰石(nHA)复合材料(CGCHs)的抗菌和促成骨作用及其作用机制。方法采用水热法合成CuS/GO纳米颗粒,通过原位沉淀法合成CS/nHA支架和CGCHs支架,检测材料表征、光热转换性能和生物安全性,评估CGCHs组和近红外光(NIR)照射下CGCHs(CGCHs+NIR)组的细菌抑制效果及其对细菌生物膜相关基因表达的影响,观察CGCHs和CS/nHA不同材料组的促成骨分化和成骨、破骨相关基因表达。结果CGCHs是具有高度孔隙率的三维支架,在CuS/GO浓度为200μg/mL时CGCHs同时兼具良好的红外升温效果和生物安全性。琼脂糖平板涂菌和细菌死活染色结果均表明CGCHs+NIR组抗菌性能最佳,生物膜相关基因qPCR检测证实其具有抑制细菌生物膜相关基因表达的作用。茜素红染色结果表明CGCHs具有良好的体外促成骨性能,体外共培养3、7、14、21和28 d qPCR结果表明CGCHs对成骨早期和晚期相关基因表达均具有促进作用。与破骨细胞共培养结果可观察到CGCHs具有抑制破骨细胞形成的作用,细胞凋亡检测结果进一步验证这一结论,破骨分化相关基因qPCR检测结果表明,CGCHs主要通过抑制抗酒石酸酸性磷酸酶、组织蛋白酶K、CTR、P65和P38在共培养7、14 d的表达来抑制破骨细胞的分化。结论作为纳米复合材料,CGCHs生物安全性好,具有良好的红外光热协同抗菌作用,在促成骨分化的同时抑制破骨细胞分化,有望为感染性骨缺损治疗提供新的思路。