新型氧化石墨烯复合涂层材料的制备与性能研究

为了降低钢质管道的机械磨损速率,通过湿化学氧化(未改良和改良Hummers法)使用高锰酸钾和硫酸从石墨中得到氧化石墨烯。该实验在不同温度下进行。通过电泳沉积法,在钢材表面覆盖了一层超薄的锌-氧化石墨烯(Zn-GO)。通过XRD和LPA验证了GO颗粒的粒径小于90纳米。对于通过改良Hummers法得到的GO颗粒,通过显微维氏硬度等测试(R2=0.93)中观察到显著相关性,综合分析证明了新型氧化石墨烯的优异性能。

氧化石墨烯复掺纤维水泥基复合材料研究综述

氧化石墨烯(GO)作为石墨烯(G)的衍生物有着与石墨烯相类似的力学性能和导热性能等优异性能,并且其亲水性官能团使其相比于石墨烯来说更容易在水中分散从而更容易与水泥基相结合。大量研究已表明GO掺入水泥基中不但可以增强水泥基的力学性能和耐久性能还可以增强水泥基的电磁屏蔽性能、导热性能等性能,为多功能型、智能型混凝土的开发提供了可能。以GO复掺其他功能纤维材料在水泥基中的应用为中心,简述了GO的性能特点、结构特质从而表明GO在水泥基材料中应用的广度和范围,并重点综述了GO的分散性研究和GO复掺纤维水泥基的工作性能、水化过程、力学性能、耐久性能、功能性能的研究,并对未来GO复掺纤维水泥基材料研究的方向进行了展望。

氧化石墨烯及其复合材料在抗菌领域的研究进展

全球范围内的细菌耐药性增强,传统的抗生素方案逐渐力不从心,抗菌新方案的研发刻不容缓。近年来,氧化石墨烯(GO)因其独特的二维结构和难以形成耐药性的抗菌机理引起了研究人员的关注,成为了抗菌领域的新宠。但由于GO的抗菌性能易受多种因素影响,限制了其广泛应用的可能。因此,从GO的合成方法和抗菌机理入手,着重介绍了GO的抗菌功能化及其复合材料的应用研究进展,并对将来GO基材料在抗菌领域的发展做出展望。

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。

环境因素对氧化石墨烯水泥基复合材料导电、压敏性能的影响

制备水泥基传感器,实现水泥基体的自感应,是目前结构健康监测领域极具发展前景的研究方向之一。将氧化石墨烯(GO)掺入水泥,制备氧化石墨烯水泥基材料(GO/CCs),能改善水泥基体的力学性能及压敏性能。因此,GO/CCs受到了学者们的广泛关注。由于水泥基传感器会受环境因素影响,环境的变化会使水泥复合材料的温度及含水量发生变化,这将影响水泥基传感器的实际使用。目前,环境因素对GO/CCs性能的影响研究较少,尤其是环境因素对GO/CCs导电性能、压敏性能的影响。本工作通过超声波与聚羧酸减水剂结合的方法,制备了不同GO掺量的GO/CCs试件,研究了含水量和温度对GO/CCs导电性能的影响,测试了含水量对不同GO掺量试件压敏性能的影响。通过SEM及电化学阻抗谱(EIS)测试分析了GO/CCs的微观形貌及导电机理。结果表明,含水量及温度对GO/CCs的导电性能有较大影响,水分的提升使GO/CCs离子导电增强。温度敏感系数(TC)随GO掺量增加先增大后减小。不同含水量状态的GO/CCs提升其压敏性能的最佳掺量不同。0.1%掺量的GO能使水饱合状态的GO/CC试件内部的电接触更加稳定。本研究为进一步推进水泥基传感器在结构健康监测中的应用提供了指导。

氧化石墨烯调控粉煤灰基硅酸锰/氧化锰复合材料的电化学性能机制

超级电容器是一种具有高功率密度、优秀循环性能、高安全性的高性能储能装置,然而其低能量密度限制其发展,为进一步提升超级电容器的能量密度,满足日益增长的储能需求,提升电极材料的电化学性能是关键。为提高粉煤灰基硅酸锰/氧化锰的电化学性能,采用静电组装法合成了氧化石墨烯与粉煤灰基硅酸锰/氧化锰的复合材料(FA@MS/MO/GO),通过调节氧化石墨烯加入量优化其电化学性能,并研究了氧化石墨烯对于粉煤灰基硅酸锰/氧化锰电化学性能的影响机制,通过XRD、SEM、XPS、FTIR表征材料的形貌与结构,并采用循环伏安法、恒电流充放电、交流阻抗测试对材料和器件性能进行测试。结果表明,优化后的FA@MS/MO/GO-2的电荷传输速率大幅提升,FA@MS/MO/GO-2在0.5 A/g电流密度下的比电容为737.4 F/g,高于未与氧化石墨烯复合的FA@MS/MO(293.4 F/g),电流密度由0.5 A/g升高至8.0 A/g,FA@MS/MO/GO-2容量保持率最好(67%),高于FA@MS/MO(44%)。FA@MS/MO/GO-2与商业活性炭分别为正负极组装为非对称超级电容器后,该器件能量密度达15.75 Wh/kg(功率密度375 W/kg),在5 A/g下循环10000次的容量保持率和库伦效率均可达100%,表明该电极材料拥有长期循环利用潜力,具有良好应用前景。

氧化石墨烯负载氧化铈对铜基复合材料性能的影响

为了提高铜基复合材料的综合性能,本试验设计了三种高强度、高导电性的电触头材料。将氧化石墨烯(GO)和CeO_(2)纳米粒子优良的电学和力学性能引入到电接触性能稳定的铜基复合材料中,采用放电等离子烧结(SPS)的方法制备了Cu/30Cr、0.5GO/CeO_(2)-Cu/30Cr、1.0GO/CeO_(2)-Cu/30Cr三种电触头材料,研究氧化石墨烯负载氧化铈对铜基复合材料性能的影响。研究结果显示在烧结过程中,GO被还原为rGO,原位形成的Cr_(3)C_(2)和CeO_(2)纳米颗粒的位错钉扎效应对材料起到了强化作用,氧化石墨烯负载氧化铈的加入提高了复合材料的综合性能。

氧化石墨烯及其复合材料去除水体抗生素的研究进展

由于具有优异的抗菌性,抗生素被广泛应用于医学领域和养殖行业。然而,近年来对抗生素大规模的使用和排放,在自然界造成了大量的累积,引发了一系列水环境污染问题,严重威胁生态系统安全和人类健康。因此,研发可去除水中过量抗生素的材料已成为当前环境领域的重要研究方向之一。氧化石墨烯(graphene oxide,GO)以其高比表面积、良好亲水性、耐酸碱性、制备简便、成本低廉等优势,成为了一种新兴的抗生素去除材料。该文首先概述了现有的GO及其复合材料分类制备方法,包括空间改造、共价键修饰和金属氧化物改性等。其次,综述了近年来GO及其复合材料在抗生素去除领域的应用、影响因素及作用机制。结果表明,基于吸附原理的GO复合材料吸附去除抗生素效果主要受溶液p H、共存离子、吸附剂投加量、抗生素类别及浓度等多种因素的影响,吸附机制主要包括静电相互作用、π-π相互作用、阳离子-π键作用和氢键作用等,通过引入元素、金属和有机化合物等手段可有效提高GO材料的吸附容量;基于光催化降解原理的抗生素去除过程中,光照条件是最重要影响因素,而其中关键活性物质包括光生空穴、羟基自由基和超氧自由基等,掺杂金属纳米粒子与半导体纳米材料等能够优化其光催化性能。最后,通过对GO及其复合材料制备过程、去除机理和应用场景的综合分析,指出其普适性不高、实际应用不足和环境毒性不明等现存问题,并提出未来应加强材料研发、产业应用和毒性效应评估等方面的研究展望。

用于钎焊C/C复合材料的稀土改性还原氧化石墨烯增强AgCuTi复合钎料

为了解决钎焊接头中脆性化合物的形成问题,我们设计了一种创新性的稀土改性还原氧化石墨烯增强AgCuTi复合钎料,进而获得了以Ag-Cu共晶为主要组织且脆性化合物生成量合适的钎焊接头。对比分析了有无稀土Ce改性的复合钎料的成分和显微组织,结果表明,经Ce改性后的还原氧化石墨烯在钎料中更加均匀分散。比较了分别采用有无Ce改性的钎料钎焊C/C复合材料-C/C复合材料接头的界面微观结构,并研究了石墨烯含量对接头组织和性能的影响。结果表明,由于经Ce改性的钎料中的还原氧化石墨烯分散性更好,从而细化了焊缝组织,且物相分布更均匀,使得接头的剪切强度明显提高。当石墨烯含量为0.5 wt.%时,使用Ce改性的钎料所得钎焊接头的平均剪切强度最高,为31.82 MPa,提高了50%。

壳聚糖/聚苯胺⁃氧化石墨烯尼古丁分子印迹复合材料的制备与吸附性能研究

采用壳聚糖(CS)和聚苯胺(PANI)与氧化石墨烯(GO)交联构建了抗溶胀性的CS/PANI⁃GO尼古丁分子印迹复合材料。结果表明,其在水中浸泡10 h的溶胀率为2.7%。该复合材料作为吸附剂对尼古丁的吸附容量达到了198 mg/g。研究了吸附剂的选择吸附能力,对降烟碱和可替宁的吸附选择性系数分别达到了2.9和2.4,表明其具有良好的尼古丁特异性吸附性能。

聚乳酸二元醇/氧化石墨烯复合材料的制备与表征

在辛酸亚锡催化剂的作用下,将可生物降解的丙交酯与1,4-丁二醇链转移剂进行开环聚合,合成聚乳酸二元醇。利用制备好的聚乳酸二元醇和氧化石墨烯材料进行熔融共混,制备出聚乳酸二元醇/氧化石墨烯(PLA-OH/GO)复合材料。对这些材料进行了傅里叶变换红外光谱、核磁共振、凝胶渗透色谱、热重分析、差示扫描量热的测试。傅里叶变换红外光谱和核磁共振结果表明,聚合物结构与设计的分子结构相符合。凝胶渗透色谱结果显示,聚合物的分子量具有一定的多分散性,多分散性指数约为1.3。热性能分析表明,聚合物的玻璃化转变温度低于室温,使得聚乳酸二元醇在较低温度下具有更广泛的应用。而聚乳酸二元醇的初始热分解温度在约250℃,足以满足聚合物合成和加工工艺的需求。

氧化石墨烯对铜基复合材料性能的影响

为了探究不同含量的氧化石墨烯(graphene oxide,GO)对铜基复合材料性能的影响,采用金相显微镜、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射(x⁃ray diffraction,XRD)等进行观察分析测试,研究了GO对铜基复合材料微观组织和性能的影响,并且研究在不同电流条件下对触头材料的电接触性能影响。结果表明:添加GO有利于提高铜基复合材料的性能,使其具有高硬度、高强度、高导电性能和良好的电接触性能,且发现添加0.5%(质量分数)GO的铜基复合材料有着优异的性能。

磁性石墨烯气凝胶复合材料的制备及其性能研究

针对石墨烯材料在吸波领域存在介电常数较大、阻抗匹配差等缺点,采用水热法调控石墨烯与Fe_(3)O_(4)的比例,制备一种兼具宽频带、轻质、高吸波性能的磁性石墨烯气凝胶复合材料(Fe_(3)O_(4)/GA)。对复合材料的形貌、结构及吸波性能进行表征和分析,结果表明,该复合材料呈三维多孔结构,Fe_(3)O_(4)纳米颗粒均匀负载在石墨烯表面;复合材料在较宽的频带上均表现出优异的吸波性能,且随着Fe质量的增加复合材料的吸波性能逐渐增强;当FeCl_(3)·6H_(2)O添加质量为0.42 g时,复合材料Fe_(3)O_(4)/GA-0.42的RLmin在15.6 GHz处达到-49.75 dB,厚度为3 mm时的有效吸收频带宽为7.12 GHz,具有良好的吸波性能。

凝胶注模成型技术制备氧化石墨烯/HA复合材料的研究

以氧化石墨烯和纳米羟基磷灰石(HA)粉体为原料,采用凝胶注模成型技术制备了氧化石墨烯/HA复合材料。研究了有机单体、浆料固相含量和石墨烯含量对氧化石墨烯/HA浆料粘度的影响,观察了陶瓷浆料的凝胶固化过程并测量了固化后生坯的密度和抗压强度,分析了氧化石墨烯含量对烧结后复合材料抗弯强度和断裂韧性的影响,观察了试样断口的显微组织。研究结果表明,有机单体含量为15%(质量分数,下同),固相含量为45%,氧化石墨烯含量为1.5%时,氧化石墨烯/HA浆料的粘度最佳,为362.9mPa·s,浆料的分散性良好,固化后生坯具有较高的密度和抗压强度。随氧化石墨烯含量的增加,复合材料的抗弯强度和断裂韧度均先增加后降低。当氧化石墨烯含量为1.5%时,1 150℃烧结样品的抗弯强度为81.5MPa,断裂韧性为1.52MPa·m1/2,分别比HA基体提高了151.8%和74.7%,因此添加氧化石墨烯后的HA复合材料的力学性能更佳。

TiO_(2)/石墨烯基复合材料的制备及光催化降解染料研究

采用改进Hummers法制备氧化石墨烯(GO)和水解法制备的TiO_(2)及溶剂热法制备了还原氧化石墨烯(rGO)和一系列不同浓度的rGO/TiO_(2)纳米复合材料(0、5%、10%、15%、20%质量分数),并对合成产物进行SEM、XRD、XPS、DRS、Raman等表征,研究不同实验条件下纯TiO_(2)和rGO/TiO_(2)复合催化剂对亚甲基蓝染液(MB)的降解效果。结果表明,复合光催化剂中TiO_(2)主要为锐钛矿相,溶剂热合成引入的还原氧化石墨烯(rGO)对TiO_(2)的物相没有产生影响,rGO的引入使得rGO/TiO_(2)吸收带发生一定红移,TiO_(2)禁带宽度由3.23降低至3.09 eV;合成的(15%质量分数)rGO/TiO_(2)具有最佳的光催化效果,光催化活性最高,在100 W高压汞灯照射下70 min对20 mg/L的亚甲基蓝染料的降解率达97.6%;在500 W氙灯光源下照射70 min对20 mg/L亚甲基蓝染料的降解率达到93.2%,(15%质量分数)rGO/TiO_(2)复合光催化剂具有良好的光催化降解性及循环稳定性,5次循环光催化降解后,rGO/TiO_(2)有86.1%的降解效率。表现出了优异的吸附和光催化性能,这可为光催化处理废液提供了一种有效的方法。

二维石墨烯/橡胶复合材料的力学和摩擦学研究进展

在石油开采行业中,橡胶用量遥遥领先于其他产品,但纯橡胶材料的力学、摩擦学性能不足以满足当前的实际需求。因此,需对橡胶进行补强处理,来提高其使用性能。氧化石墨烯(GO)因具有较高比表面积、且官能团丰富等特点,常作为补强填料掺入橡胶基体中。由于GO之间的强范德华力和π-π键堆积,使其极易在橡胶基体中出现“团聚”现象。因此需对GO进行改性处理提高其分散性。系统地综述了GO、改性GO对橡胶复合材料力学、摩擦学等性能的影响,并概述了其在橡胶基体中的补强机理。最后,对该研究领域存在的一些基本问题提供了解决思路,并对GO/橡胶复合材料的发展进行展望。

氧化石墨烯对水泥基复合材料微观结构和力学性能的影响（英文）

研究了不同掺量下氧化石墨烯(GO)对水泥石以及胶砂微观结构和力学性能的影响。含16.5%水的水泥浆、0.05%GO及3倍于水泥的沙子共混物作为添加剂制备成砂浆。通过SEM、液氮吸附仪和一系列标准实验分别对水泥石的微观形态、孔隙结构、抗压抗折强度以及水泥净浆的流动度、黏度、凝结时间进行表征;考察不同GO掺量下水泥水化放热的变化情况。结果表明:GO对水泥浆有显著增稠和促凝作用;GO的掺入可以有效降低水泥的水化放热量;GO对水泥石有显著的增强增韧效果,28天龄期时,GO质量分数为0.05%的水泥石,3、7和28 d抗压强度和抗折强度同比对照组分别增加52.4%、46.5%、40.4%和86.1%、68.5%、90.5%,胶砂的抗压强度和抗折强度同比对照组分别增加43.2%、33%、24.4%和69.4%、106.4%、70.5%;GO在水泥硬化过程中对水泥石中晶体产物的产生有促进作用并能规整晶体的排布而形成针状晶体簇,改善水泥石中的孔结构,降低水泥石中微孔的体积,增加水泥石的密实度,对水泥石有显著地增强增韧效果。

纳米氧化石墨烯增强增韧水泥基复合材料的微观结构及作用机理

通过氧化反应和超声波分散作用制备了不同含氧量氧化石墨烯(GO)纳米分散液,研究了GO氧含量、用量和水化时间对水泥基复合材料微观结构和力学性能的影响。研究结果表明GO能够调控水泥水化产物的形状,促使水泥水化反应形成规整的花状晶体,使得水泥基复合材料的强度特别是拉伸强度和抗折强度显著提高。研究结果证实了GO在水泥复合材料水化过程中起到模板作用,能够调控水泥水化产物的微观结构及提高水泥基复合材料的韧性,同时提出了GO调控水泥基复合材料微观结构的作用机理。本文结果提供了一种可显著增强增韧水泥基复合材料的新方法,具有潜在的应用前景。

氧化石墨烯复合材料的研究进展

氧化石墨烯是一种性能优异的新型碳材料,具有较高的比表面积和表面丰富的官能团。简单介绍了氧化石墨烯的制备方法,重点阐述了氧化石墨烯复合材料的研究进展,包括聚合物类复合材料以及无机物类复合材料的合成方法、性能以及应用领域,展望了氧化石墨烯的制备及其复合材料今后的研究方向,提出少引入或者不引入杂离子的新型绿色环保的制备方法是氧化石墨烯制备的发展方向,氧化石墨烯的表面改性成为另一个研究重点。

还原氧化石墨烯／Mn3O4纳米复合材料的合成及其在超级电容器中的应用

以改进的Hummers法所制氧化石墨烯/硫酸锰(GO/MnSO4)悬浊液为原料,原位合成GO/MnO2复合物,再经低温热处理制备还原氧化石墨烯/Mn3O4(rGO/Mn3O4)纳米复合材料。通过改变GO/MnSO4悬浊液中MnSO4的质量含量实现rGO/Mn3O4复合物中Mn3O4质量分数的可控调变。该法充分利用氧化石墨烯原液中的锰离子,可节省原料,同时可避免氧化石墨烯繁琐的分离过程并简化实验步骤。所得复合材料作为超级电容器电极材料展现良好的电化学电容性能,在饱和K2SO4电解质溶液和50 mA·g-1的电流密度下,Mn3O4质量含量为88%时其比电容达284 F·g-1。