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。

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。

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。

石墨烯水泥基复合材料的分散工艺与性能研究进展

石墨烯水泥复合材料不但具有低密度和高比表面积等优点,同时也结合了二维碳纳米材料自身的柔软性和优良的力学、电学性能。由于石墨烯在水中的分散较为困难,易于团聚,导致其对水泥性能的提升作用有限,因此石墨烯的分散问题是优化水泥基材料性能的关键。本文主要阐述了石墨烯在水泥基材料中的分散工艺、对水泥基材料性能的增强,并总结概述了现阶段石墨烯水泥基复合材料在多个领域中的应用研究进展。

钇掺杂钛酸锂/氧化石墨烯纳米复合材料的合成与电化学性能

以氧化石墨烯(GO)为基底,钛酸四丁酯、一水合氢氧化锂、六水合硝酸钇为原料,十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂,采用溶剂热法合成前驱体,在N2气氛保护下高温煅烧合成了钇掺杂钛酸锂/氧化石墨烯纳米复合材料。采用SEM、XRD、EDS、Raman对复合材料进行了形貌、结构和成分表征。将复合材料用作锂离子电池负极材料,采用循环伏安法、恒流充放电循环法研究了其电化学性能。结果表明,片状钛酸锂包覆在氧化石墨烯片上形成了钇掺杂钛酸锂/氧化石墨烯纳米复合材料。在100 mA/g的电流密度下,钇掺杂量为8%(以钛酸锂的物质的量为基准,下同)的纳米复合材料的首次放电比容量为145.5mA·h/g,经过100圈充放电循环后容量衰减几乎为0,经过200圈循环后容量衰减1.59%,经过300圈循环后容量衰减3.24%,与目前容量保持率只有80%左右的石墨负极相比有明显的改进。钇元素的掺杂和钛酸锂包覆氧化石墨烯形式的复合材料可以减小钛酸锂电极在充放电循环中的极化程度,从而改善了材料的循环性能。

氧化石墨烯改性碳纤维水泥基复合材料研究进展

近年来,碳纤维(CF)以其优异的力学性能和导电性能,被广泛用作复合材料的增强体。CF增强水泥基复合材料的机械性能在很大程度上取决于CF的分散性,以及CF与水泥基体之间的界面特性。利用氧化石墨烯(GO)来改性CF的表面特性,提高CF在水泥基中的分散性及CF与水泥基体之间的键合,从而提高水泥基复合材料的性能。重点综述国内外GO改性CF(GO-CF)水泥基复合材料的应用现状,并在此基础上,对GO-CF水泥基复合材料的研究趋势及前景进行展望。

氨基涂料掺杂氧化石墨烯阻燃木塑复合材料的研究

以三聚氰胺甲醛树脂(Melamine-Formaldehyde,MF)为成膜树脂,以磷酸-季戊四醇(H 3 PO 4-PER)为膨胀阻燃体系,以氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)为阻燃协效助剂制备透明膨胀型阻燃涂料,从而提高木塑复合材料(wood-plastic composites,WPC)的阻燃抑烟性能。结果表明,涂层的透明度高,物理性能良好,阻燃抑烟性能优异。GO的加入,未改变涂层物理性能,但显著提高复合材料的热稳定性和阻燃抑烟性能。加入0.2%的GO,热重分析(Thermogravimetric analysis,TG)测试表明,涂层的残炭量增加了11.0%;模拟大板燃烧法显示,涂层的耐燃时间较对照组提升了75.0%;锥形量热仪(Cone calorimeter,CONE)燃烧测试表明,可以有效抑制涂层的热释放和烟释放,涂层的总热释放量和总烟释放量最大分别下降35.6%和43.5%。片状结构的GO在涂料受热膨胀后成为交联点,提高炭层整体的力学强度和稳定性,进而达到阻燃抑烟的作用。

还原氧化石墨烯接枝聚己内酯/聚乳酸复合材料的制备及其性能

为了提高聚乳酸(PLA)的综合性能,拓宽聚乳酸复合材料的应用领域,以还原氧化石墨烯(rGO)接枝己内酯(CL)作为纳米填料(rGO-PCL),通过溶液共混制备rGO-PCL/PLA复合材料,并研究rGO-PCL的化学结构、微观形貌和分散性,讨论rGO-PCL质量分数对rGO-PCL/PLA复合材料的微观结构、力学性能、热性能和水接触角的影响。结果表明:rGO-PCL纳米填料在共混溶液中具有良好的分散性;与纯聚乳酸相比,当rGO-PCL质量分数为1%时,在PLA基体中的分散性最佳并且亲水性优异,复合材料拉伸强度提高了19%,断裂伸长率提高了180%,热稳定性和结晶度也得到显著提高;rGO-PCL/PLA有望应用于纺织纤维、3D打印材料和包装材料等领域。

氧化石墨烯复合材料对铀的吸附研究进展

氧化石墨烯因其优异的吸附性能在放射性废水处理领域受到了重点关注,通过功能化改性可以进一步提升氧化石墨烯的吸附性能。本文首先介绍了氧化石墨烯对铀的吸附性能和吸附机理。然后根据改性方法的不同将氧化石墨烯复合材料分为共价键功能化改性材料和非共价键功能化复合材料。综合比较了共价键功能化改性材料和非共价键功能化复合材料对铀的吸附性能及分离回收能力,指出这两种改性方法的联合有望成为氧化石墨烯复合吸附材料未来的重点研究方向。

2,6-二氨基蒽醌/还原氧化石墨烯复合材料的制备及在锂有机电池的应用

采用水热合成法和冷冻干燥技术制备了2,6-二氨基蒽醌(2,6-AAQ)/rGO复合材料,通过氨基(—NH2)与羧基(—COOH)形成肽键(—CO—NH—)共价键,使其在电解液中的溶解问题从本质上得到了解决.SEM和EDS Mapping表明,2,6-AAQ/rGO-3复合材料中的2,6-AAQ呈现出高度的棒状结构,并且被石墨烯包裹得更紧密.这种独特的结构提高了2,6-AAQ在锂化过程中的电子导电性,可有效减少2,6-AAQ的聚集,利于电解质的浸润.XPS、XRD、FTIR和Raman结果表明,2,6-AAQ和rGO之间发生了水热辅助化学键合,形成了rGO包裹2,6-AAQ的结构.此外,非原位FTIR表征结果验证了2,6-AAQ/rGO-3具有良好的储锂性能,羰基(C=O)为反应位点.同时,紫外-可见光谱测试清楚表明,与2,6-AAQ相比,通过肽键连接的2,6-AAQ/rGO-3的溶解度显著降低,表明电化学性能大大提高.其中2,6-AAQ/rGO-3作为锂离子电池正极时,在100 mA·g^(-1)电流下,首圈放电容量高达212.2 mA·h·g^(-1),在500 mA·g^(-1)电流下循环100周后放电容量仍为184 mA·h·g^(-1),展现出了优异的循环稳定性和高倍率性能.2,6-AAQ/rGO出色的电化学性能得益于石墨烯的碳骨架对2,6-AAQ的锚定,该结构不仅可以防止2,6-AAQ溶解,还可以为其提供导电网络,进一步提高电子传导速率.

聚酰胺6/氧化石墨烯改性碳纤维复合材料机械性能与导热性能研究

采用氧化石墨烯对碳纤维进行了改性(GO-KCF),用双螺杆挤出机制备了聚酰胺6/氧化石墨烯改性碳纤维(PA6/GO-KCF)、聚酰胺6/纯碳纤维(PA6/CF)、聚酰胺6/石墨三种复合材料,对改性碳纤维的组成、热稳定性以及复合材料的断面形貌、弯曲性能和导热性能进行了分析。红外光谱分析结果证实了—OH、—NH—、—CN—、O—Si—O等结构在GO-KCF中的存在,表明氧化石墨烯成功接枝到碳纤维表面;热重分析结果表明经过氧化石墨烯改性后的碳纤维热稳定较好,质量损失率仅有3.5%左右;复合材料的断面SEM结果显示,GO-KCF有效改善了与PA6树脂基体的界面相容性,经过改性后的碳纤维能在树脂基体中构成三维立体网状结构,能够起到传递外力载荷的作用;改性材料添加量都为11wt%时,PA6/GO-KCF复合材料的弯曲强度达到了180 MPa,分别比PA6/CF和PA6/石墨复合材料高出38.5%和24.1%;导热性能测试结果表明,PA6/GO-KCF复合材料的导热性能优于PA6/CF和PA6/石墨复合材料;在9wt%添加量情况下,PA6/GO-KCF复合材料的导热系数达到了2.42 W/m·K,分别是PA6/石墨和PA6/CF的2.7倍和3.9倍。

氧化石墨烯和氧化石墨烯/聚乙烯亚胺复合材料对Cu(Ⅱ)的吸附性能研究

采用溶液共混法-冷冻干燥法制备了氧化石墨烯(GO)和氧化石墨烯/聚乙烯亚胺复合材料(GO/PEI),探讨了pH值、吸附剂加入量、温度、时间及Cu(Ⅱ)初始浓度对GO和GO/PEI吸附Cu(Ⅱ)效果的影响。研究结果表明,GO和GO/PEI均可高效吸附Cu(Ⅱ),投入0.5 g/L的吸附剂吸附50 mg/L的Cu(Ⅱ),在318 K下吸附200 min,pH值为5.5时,GO和GO/PEI的吸附量可达60.36 mg/g和79.70 mg/g。Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型可较好地拟合其吸附过程,GO和GO/PEI对Cu(Ⅱ)的吸附是自发的吸热反应。综合对比GO和GO/PEI对Cu(Ⅱ)的吸附性能,GO/PEI的吸附效果更佳。

多孔氮化碳/石墨烯复合材料的实验制备

设计了多孔氮化碳/石墨烯复合材料的制备实验,利用三聚氰胺与氯化钠共混煅烧得到多孔氮化碳(FCN)后,以多孔氮化碳(FCN)与氧化石墨烯(GO)为基体,通过水热法合成三维多孔功能氮化碳/还原氧化石墨烯(FCN/RGO)复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜表征了FCN/RGO的内部结构和微观形貌,并通过电化学工作站分析了FCN/RGO的电化学性能。分析结果表明,与传统的块状氮化碳/还原氧化石墨烯(BCN/RGO)相比,FCN/RGO的电化学性能有显著提升,在电流密度为0.5 A/g时,比电容达到277 F/g,与BCN/RGO相比提升了29.4%;且在经过1000圈循环后比电容保持率依旧达99.1%。FCN/RGO复合材料组装的电容器充电后可点亮红色LED灯,在超级电容器电极材料领域具有一定的应用潜力。

氧化石墨烯/聚苯胺(GO/PANI)纳米复合材料的制备及其对废水中Cr(Ⅵ)吸附性能测试

重金属离子在自然环境中难降解、易富集、毒性大,目前重金属污染已成为全球广泛关注的问题。吸附法在处理重金属废水中有着广泛的应用,本研究以石墨和苯胺为基本原料,成功制备出氧化石墨烯/聚苯胺复合材料,并且研究了氧化石墨烯/聚苯胺复合材料对六价铬的吸附性能,结果表明氧化石墨烯/聚苯胺复合材料对六价铬的吸附性能优于单一的氧化石墨烯和聚苯胺材料,该复合材料有较大的吸附潜力。

氧化石墨烯-热可逆自修复聚氨酯复合材料的制备及性能研究

以糠胺和双马莱酰亚胺为Diels-Alder(DA)反应单体,通过两步合成法合成热可逆DA反应自修复聚氨酯(DA-PU);以商用单层氧化石墨烯(GO)为原料,先将GO溶解在二甲基甲酰胺中,然后通过溶液共混和流延成膜工艺将氧化石墨烯引入到DA-PU体系中制备GO-DA-PU复合膜,研究了复合膜的微观结构、热学、力学和红外热修复性能等。结果表明:GO在复合膜中可实现均匀分布,GO改善了复合膜的导热性能,含有3%GO的复合膜具有最高的导热系数,约为0.364W/(m·K),是纯TPU膜的导热系数的2.26倍,而且在红外光照1min下复合膜的温度可升至139.9℃,约为纯DA-PU膜温度的1.93倍;GO改善了复合膜的拉伸强度,但降低了柔韧性;随着复合膜中GO含量增加,修复效率先增加而后下降,含有1%和3%GO的复合膜经红外光照修复5min的修复效率分别为94%和96%,红外光照10min可实现完全修复,且拉伸强度高于未有划痕的样品;随着自修复次数的增加,纯DA-PU膜和复合膜的修复效率均下降,但是复合膜的修复效率仍然较纯DA-PU膜的修复效率高;纯DA-PU膜和含有1%和2%GO的复合膜的红外热修复的第一次修复效率分别为95%、103%和105%,第五次修复效率分别为78%、82%和86%,说明GO改善了DA-PU多次自修复能力。

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.

氧化石墨烯复合材料的非线性光学性质研究进展

非线性光学材料是现代光学的研究热点.特殊的二维层状结构使氧化石墨烯(GO)具有较强的非线性光学特性(NLO),更容易与其他材料反应.分别从无机物和有机物两种材料,综述了GO复合材料的非线性光学性能.以后应从多种混合原料制备、多种复合材料间的对比及应用等方面加强研究.

石墨烯/四氧化三铁复合材料的制备及光催化去除Cr(Ⅵ)性能研究

光催化技术能有效解决日益严重的水污染问题,其中心是高效光催化材料的设计与合成。本文采用溶剂热法成功制备了石墨烯/四氧化三铁复合材料,通过实验探究不同pH值、不同质量比、不同投加量以及Cr(Ⅵ)浓度对石墨烯/四氧化三铁复合材料光催化活性的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射技术(XRD)对复合材料进行表征,结果显示复合材料粒径均匀,粒径约为200~300 nm,四氧化三铁纯度较高且具有反尖晶石结构。光催化性能实验结果表明:Cr(Ⅵ)溶液的质量浓度为100 mg/L,pH值为4,复合材料投加量为60 mg,石墨烯/四氧化三铁复合材料(质量分数4%)光催化去除Cr(Ⅵ)的效果最佳,去除率可达91.7%。