BN-石墨烯-BN夹层式结构的ABS基复合材料导热绝缘性能

为解决石墨烯/ABS复合材料导热不绝缘,采用夹层式结构制备ABS基导热绝缘材料。通过混炼分别得到石墨烯/ABS、六方氮化硼(hBN)/ABS复合材料,再将hBN/ABS对石墨烯/ABS进行包覆,得到了hBN/ABS—石墨烯/ABS—hBN/ABS夹层式结构的导热绝缘材料。研究了石墨烯含量和夹层厚度对ABS基导热绝缘材料标准试样的热导率、电阻率的影响,发现,包覆了hBN/ABS绝缘层后的夹层式结构试样,石墨烯填料对导热性能的提升作用幅度减小,此时,材料受氮化硼/ABS绝缘层热传导的影响较大,与改性前的ABS相比,复合材料导热性能得到较大的改善,同时,复合材料阻值达1×1010数量级,成为绝缘体。

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。

壳核结构氧化铝@石墨烯复合粉末增强铜基复合材料摩擦学性能研究

如何充分发挥润滑组元和耐磨组元的协同作用以提高铜基复合材料摩擦学性能仍面临具大的挑战。以石墨烯为润滑组元,氧化铝为耐磨组元,对比了氧化铝和石墨烯组装为壳核结构前后对铜基复合材料摩擦学性能的影响。结果表明,与氧化铝和石墨烯分别以独立相分布于铜基体的情况相比,氧化铝和石墨烯组装为壳核结构后可以提高铜基复合材料的致密度、硬度,并有利于在磨痕表面形成连续且具有保护性的摩擦层。因此,在10~40 N载荷范围内干摩擦,后者比前者具有更低的摩擦因数和磨损率。

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。

通过调控表面石墨烯-环氧树脂复合涂层的仿生界面和取向以提高镁合金的防腐和热/电性能

通过旋涂方法制备具有“砖泥”结构的仿生石墨烯−环氧树脂复合涂层。合成咪唑基离子液体修饰的石墨烯(GI)以改善石墨烯(G)和环氧树脂之间的界面相容性。通过扫描电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱观察和分析其表面形貌和化学结构,利用热成像仪记录表面温度变化,通过体积表面积电阻率测试仪和激光闪点法分别测定涂层的表面电阻率和导热系数,通过电化学阻抗谱和盐雾腐蚀试验表征其耐蚀性。复合涂层中的GI层呈现出近似平行的取向,从而提高热传导和静电耗散效率。穿过平面的导热系数和表面电阻率分别为0.77 W·m^(−1)·K^(−1)和1.6×10^(6)Ω·cm。电化学阻抗谱测试表明,经过40 d的浸泡,涂层的低频模量达到6.76×10^(10)Ω·cm^(2),比纯环氧涂层提高约2个数量级,表现出优异的耐腐蚀性。

基于细观力学的石墨烯复合材料导热性能分析

基于细观力学理论,运用代表性体积元方法研究石墨烯填充聚乳酸复合材料导热性能。根据显微照片分析复合材料细观结构特征并构建细观结构模型,利用有限元方法求解复合材料等效导热系数,并通过与实验结果对比验证模型正确性和有效性。通过参数化分析研究各细观结构参数对复合材料导热性能的影响规律,所建模型及相应参数化分析结果,对石墨烯填充复合材料的导热性能预测及改进优化具有较强的指导意义。

石墨烯折纸超材料梁结构的屈曲分析

石墨烯折纸超材料具有负泊松比特性,可以有效提升结构的抗屈曲性能,在航空航天等工程领域中有着广泛的应用潜力.本文以石墨烯折纸超材料梁为研究对象,基于虚功原理,根据欧拉梁理论和冯卡门非线性应变位移关系,建立了梁在面内载荷作用下发生屈曲行为的非线性控制方程;采用数值渐进方法计算出了石墨烯折纸超材料梁发生屈曲行为的临界载荷,通过与已发表文献结果进行对比,验证了本文理论和算法的正确性.最后分析了石墨烯折纸的分布、含量、折叠度和边界条件对超材料梁结构非线性屈曲行为的影响,结果表明两端固支边界下结构的屈曲临界载荷最大,在结构表层分布更多的石墨烯、石墨烯含量的增大都会使屈曲临界载荷增大,而折叠度的增大会导致临界载荷减小.

CVD合成三维石墨烯-铜复合材料及其超高导电性(英文)

石墨烯-铜复合材料具有广阔的应用前景。然而,具有超高导电性的石墨烯-铜复合材料仍未成功开发和应用。本研究利用铜粉烧结内部形成三维微孔,并通过化学气相沉积(CVD)法合成石墨烯-铜异质结构。将其挤压成直径为4 mm的铜-石墨烯复合线材,测量了其在室温和高温下的电导率,获得了导电率(101.0%IACS)高于国际退火铜(100%IACS)的铜-石墨烯复合材料,且石墨烯-铜复合导线的高温载流量比纯铜线高5.45%。本研究为获得超高导电性铜基复合材料提供了新的思路。

垂直取向石墨烯微片/环氧树脂复合材料的制备与性能研究

微型电子器件在运行过程中往往会产生大量热量,提高电子封装材料的导热性能成为了当前亟需解决的难题。聚合物材料目前已成为电子封装材料的首选基底,引入高导热填料虽可有效提升其导热性能,但还需要控制填料的用量以兼顾成本、工艺可拓展性和产品性能。为解决上述问题,以石墨烯微片(GNP)为原料,通过溶剂热法在GNP上原位生长四氧化三铁(Fe_(3)O_(4))亚微米级粒子,得到石墨烯-四氧化三铁杂化物。将上述杂化物作为填料与环氧树脂(EP)混合后,在磁场条件下高温固化制备了GNP@Fe_(3)O_(4)垂直取向的GNP@Fe_(3)O_(4)/EP导热复合材料。当填料含量为25 wt%时,GNP@Fe_(3)O_(4)/EP的热导率可达0.633 W/(m·K),达到了纯EP的375%,在低负载情况下有效提升了环氧树脂基体面外方向的导热能力。

聚苯胺/石墨烯复合材料微观结构的调控

聚苯胺(PANI)/石墨烯复合材料具有高循环稳定性和高比容量等优点,PANI在石墨烯表面的分散情况会影响电化学性能。采用球磨技术,通过改变苯胺单体浓度,在石墨烯表面调控沉积PANI,制备PANI/石墨烯复合材料。利用XRD、傅里叶红外光谱(FTIR)和SEM测试分析复合材料的微观结构,通过CV和恒电流充放电测试研究复合材料的电化学性能。高速球磨作用可实现PANI在石墨烯表面的均匀生长,苯胺单体浓度为0.0010 mol/L时,PANI分子链在石墨烯表面得以舒展,可使石墨烯良好的导电性与PANI的π-π相互作用协调一致,保证PANI充分发挥氧化还原性能,得到最佳电化学性能。复合材料以1.0 A/g电流在0~0.9 V循环,放电比电容为292.1 F/g,循环1000次的电容保持率可达87.1%。

量子干涉对石墨烯金属配合物复合结构电子性质的调控研究

文章旨在探索量子干涉对石墨烯金属配合物复合结构的电子性质的调控效应,通过调整干涉条件,观察到复合结构的电子能级、电导率和电子传输性质发生了显著变化。结果显示,在特定的干涉条件下,石墨烯金属配合物复合结构的能带结构发生调节,电导率得到增强或抑制,电子传输特性发生变化。进一步分析表明,这种调控效应与量子干涉引起的载流子浓度变化密切相关。该发现揭示了量子干涉对石墨烯金属配合物复合结构电子性质的潜在调控机制,为石墨烯金属配合物复合结构的电子器件设计和应用提供了新思路。

铁、氮掺杂石墨烯/碳黑复合材料的制备及氧还原电催化性能

以高含氮量的2-氨基咪唑为氮源,三氯化铁为铁源,高比表面积的KJ600碳黑为载体,通过水热法制得氨基咪唑聚合物前驱体,再经二次高温热处理,制得石墨烯/碳黑复合材料.透射电镜表征显示该材料为石墨烯纳米片与碳黑颗粒的复合结构.BET表征表明这是一种多孔结构,具有很高的比表面积(882 m^2·g^(-1)),这有利于暴露更多活性位点,并促进传质.XRD证实催化剂中存在石墨烯,且石墨烯结构是在第一次热处理过程中形成的.电化学测试表明,该催化剂在酸性和碱性介质中都具有很高的氧还原电催化活性和低H_2O_2产率,并且在碱性介质中对甲醇小分子的抗毒化性能明显优于商业Pt/C催化剂,展示出在实际燃料电池系统中的应用潜力.

TC4钛合金表面铜−氧化石墨烯复合电镀层的组织结构和摩擦磨损性能

采用硫酸盐−氯化物体系在TC4钛合金表面电镀铜−氧化石墨烯(Cu–GO)复合镀层。通过扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计和划痕仪对比研究了Cu镀层和Cu–GO复合镀层的组织结构、显微硬度及结合强度。通过摩擦磨损试验考察了两种镀层的耐磨性。结果表明,Cu–GO复合镀层组织致密,与基体结合紧密,显微硬度为191.7 HV0.49,与基体的结合强度比Cu镀层更高。在常温下与GCr15钢球对磨时,Cu–GO复合镀层能够为TC4钛合金提供良好的摩擦磨损防护,主要的磨损机制为轻微的犁削磨损和削层磨损。与Cu镀层相比,Cu–GO复合镀层具有更低的摩擦因数,且在相同条件下的磨损率更低,耐磨性更佳。

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。

石墨烯/钛界面合金元素偏聚与界面反应抑制机理

石墨烯/Ti基复合材料因具有轻质、高比强度和优异的耐腐蚀性特性而成为极具竞争力的金属基复合材料。然而,石墨烯作为一种优秀的增强体,由于可与Ti发生剧烈的界面反应,严重阻碍了石墨烯/Ti基复合材料的发展与应用。使用第一性原理计算研究合金元素对石墨烯/Ti复合材料界面行为以及电子结构的影响。选取9种合金元素(Ta,Mo,Sn,Pd,Si,Ni,Co,Mn和N)构建Ti/石墨烯/Ti界面掺杂模型,计算界面偏聚能、电子态密度、布局分析以及差分电荷密度。研究发现,当掺杂的合金元素为Ta,Mo和Sn时,界面偏聚能力较弱。同时,分析电子性质可以发现这9种合金元素均削弱了Ti原子与C原子之间的电荷转移。为新型基体钛合金设计和高性能石墨烯增强钛基复合材料设计提供了新的途径,为高性能石墨烯/Ti基复合材料的新型基体钛合金设计提供了重要参考。

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。

石墨烯/Al复合材料的微观结构及力学性能

采用乙醇溶液分散和球磨两步法将石墨烯和铝粉混合,然后采用冷压和真空热压烧结相结合工艺制备了石墨烯/Al复合材料。利用扫描电镜、X射线衍射、电子万能实验机和显微维氏硬度计等分析了复合粉体混合前后形貌,研究了石墨烯添加量对复合材料微观结构和力学性能的影响。结果表明：采用乙醇溶液分散和球磨两步法,石墨烯均匀分散在铝颗粒基体中,得到混合均匀的复合粉体。冷压-真空热压烧结制备的复合材料组织致密,界面结合良好,石墨烯呈片状均匀地分布在铝基体中。随着石墨烯含量的增加（0.5%~2%,体积分数）,复合材料强度和硬度均逐渐升高;当石墨烯的含量为1%时,复合材料的综合力学性能较好,强度和硬度分别达到199 MPa和82.95 HV,相对纯铝基体的分别增加了99%和113%。

纳米氧化石墨烯对水泥复合材料中水化晶体结构的控制及增韧作用

通过氧化反应和超声波分散作用制备了含氧量19.31%、25.43%和31.78%的氧化石墨烯(GO)纳米分散液,研究了GO对水泥复合材料微观结构和力学性能的影响。研究结果表明含氧量为25.43%的GO能够调控水泥水化反应形成规整的花朵状晶体,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的提高。提出了GO调控水泥水化产物微观结构的作用机理,认为GO在水泥水化过程起到模板作用具有组装效果,能够调控水泥水化晶体的微观结构。提供了可显著提高水泥浆体韧性的新方法,具有潜在的应用前景。

氧化石墨烯对水泥基复合材料微观结构的调控作用及对抗压抗折强度的影响

通过氧化法制备得到氧化石墨烯(GO),通过GO与丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)进行插层聚合反应制备得到插层复合物GO/P(AA-AM)。检测结果表明,GO在插层复合物中具有较小的尺寸和均匀的分布,将GO/P(AA-AM)掺入水泥基复合材料中,发现水泥水化产物成为规整的针状、棒状或多面体状晶体,并且能够聚集形成具规整形貌的微观结构和宏观结构,水泥基复合材料中的裂缝及有害孔洞比对照样品明显减少,其抗压强度和抗折强度比对照样品有明显提高。提出了GO纳米片层对于水泥基复合材料规整结构的调控机理,认为GO纳米片层及活性基团能够促进水泥化产物形成规整形状的水化晶体,最初形成的水化晶体成为后续水化晶体形成的模板,通过晶体的生长最终形成规整水化晶体及规整的微观结构和宏观结构。

氧化石墨烯/铜基复合材料的微观结构及力学性能

采用球磨和真空热压烧结方法成功制备氧化石墨烯/铜复合材料。利用OM,SEM,XRD,显微硬度计和电子万能试验机等分析球磨后的复合粉形貌,研究氧化石墨烯添加量对复合微观结构及力学性能的影响。结果表明:制备的氧化石墨烯/铜基复合材料组织致密,氧化石墨烯以片状形态较均匀地分布在铜基体中,并与铜基体形成良好的结合界面。氧化石墨烯质量分数为0.5%时,复合材料的综合力学性能较好,显微硬度和室温压缩强度分别为63HV和276MPa,相对于纯铜基体分别提高了8.6%和28%。其强化机理为剪切应力转移强化、位错强化和细晶强化。