石墨烯增强金属基复合材料界面研究进展

金属基复合材料是由高强度增强相与金属基体组成,因具备优良的综合性能,在各领域内展现出广阔的应用潜力。与常规增强相不同,石墨烯是一种由碳原子以sp^(2)杂化轨道组成六角呈蜂巢状晶格的二维碳纳米材料,因其独特的结构而具有优异的电学、力学、热学和光学等特性。石墨烯增强金属基复合材料已经成为先进复合材料领域的研究热点,而对于金属基复合材料,其综合性能与界面的结构和性质关联密切。从近年来石墨烯增强金属基复合材料界面微观组织及理论研究出发,对常见石墨烯增强金属基复合材料体系的界面结构及力学性能进行总结,同时总结计算机模拟手段在分析界面结构、界面结合强度以及界面微观断裂机制等方面的进展,为设计和优化金属基复合材料界面提供理论依据。

石墨烯纳米复合材料在创面治疗中的作用机制及其应用研究进展

近年来,石墨烯及其衍生物通过与多糖(壳聚糖、海藻酸盐和纤维素等)和天然蛋白质(胶原蛋白、明胶和蚕丝蛋白等)相结合制备成的纳米纤维膜、薄膜和水凝胶等石墨烯纳米复合材料因具有石墨烯及其衍生物巨大的比表面积、良好的机械性能、极高的光电转化效率和抗菌性能以及聚合物的可降解性、生物相容性和生物安全性等,且能够作为载物平台,负载抗菌剂、生物活性剂及干细胞等,被逐渐应用于创面的治疗,并取得了较好的临床疗效。本文主要对石墨烯纳米复合材料中石墨烯及其衍生物在创面治疗中的作用机制以及石墨烯纳米复合材料在创面治疗中的应用研究进展进行综述,以期为石墨烯纳米复合材料在创面修复中的进一步应用提供新的思路。

选区激光熔化石墨烯增强金属基复合材料研究进展

石墨烯拥有不同于传统材料的特殊性能,如优异的结构力学性能以及导热性能,自被发现以来即获得广泛的关注,其中一个重要应用是作为增强相来增强金属基材料,从而获得高性能的结构和功能复合材料。近年来为了满足复合材料性能优化及结构精密复杂的需求,对其制造方法提出了更高的要求。选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)作为增材制造技术的一种,避免了传统制造技术成本高、周期长、精度低等问题,可更加灵活地实现功能-结构-材料一体化。本文总结了SLM制备石墨烯及其增强金属基(铝、镍、钛、铁、铜)复合材料的应用研究与发展现状,讨论了石墨烯增强金属基复合材料所面临的主要问题,并展望了石墨烯增强金属基复合材料的应用与发展前景。

仿植物茎状层级结构石墨烯-液态金属/环氧树脂复合材料的制备

环氧树脂具有优良的耐化学腐蚀性、电绝缘性和成本低廉的特点,可广泛应用于电子封装行业。然而,环氧树脂的本征低热导率(约0.2 W·m^(-1)·K^(-1))限制了其在热管理中的应用。在环氧树脂基体中加入高导热填料并形成有序结构是提高环氧树脂基复合材料热导率的有效方法。通过3D打印和定向冷冻制备了一种具有仿植物茎状层级结构的石墨烯-液态金属/环氧树脂复合材料。该复合材料在垂直方向上(40%总填料质量分数)表现出5.56 W·m^(-1)·K^(-1)的热导率,即约2.47倍于相同含量下的石墨烯-液态金属/环氧树脂共混复合材料。这种优异的导热性能可归因于沿石墨烯富集分层相的各向异性的茎状导热路径的形成和液态金属与环氧树脂间相容性的提高。同时,其独特的结构使该仿生复合材料保持了优异的机械性能。与纯光敏树脂骨架相比,该仿生复合材料在横向和纵向两个方向的抗压强度分别提高了192%和240%。因此,该石墨烯-液态金属/环氧树脂复合材料可作为热界面材料的最佳选择应用于电子工业。

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。

石墨烯纳米复合材料的制备及性能研究

在材料科学领域,石墨烯作为一种具有革命性特性的纳米材料,在提高传统材料力学强度、电导性和热稳定性方面开辟全新可能性,吸引广泛的研究兴趣。鉴于此,该文旨在探究石墨烯纳米复合材料的制备方法及其性能特征,以期为其在工业和科技领域的应用提供理论基础和实践指导。在材料与设备方面,该文选择适合石墨烯复合材料制备的原材料和先进设备。通过设计的实验步骤,成功制备出石墨烯纳米复合材料,并采用多种表征手段对所得复合材料的结构和性能进行详细分析。在性能分析方面,该研究重点关注石墨烯纳米复合材料的力学性能、导电性能和热稳定性。研究结果表明,加入石墨烯显著改善复合材料的力学强度和导电性能。

碳纳米管、多层石墨烯及其混合物橡胶复合材料的比较研究

新一代橡胶复合材料需要不断满足高机电性能、最佳刚性、高屈挠性和高耐久性的要求.为了满足这些需求,常常使用碳同素异形体纳米填料,如一维(1GD)碳纳米管(CNT)、2GD石墨烯(GE)、3GD几层石墨烯(FLG)或3GD多层石墨烯(MLG).其中,CNT、GE或MLG常在橡胶复合材料工业中用作纳米填料.CNT和MLG具有高表面积(>250m2/g),有助于为纳米填料与橡胶基体中聚合物链相互作用提供高界面面积.在橡胶复合材料中使用CNT和MLG的另一个关键目标是其高的力学性能和电性能能够改善整体性能.此外,聚合物G填料的相容性对填料在橡胶基体中的分散有重要影响,影响着橡胶复合材料的性能.

纳米氧化石墨烯复合材料的制备及重金属废水处理研究

以改进的Hummers法制备了纳米氧化石墨烯(GO),以乙二胺四乙酸(EDTA)为改性剂,制备了功能化GO复合材料。通过XRD、SEM、FT-IR对功能化GO复合材料的晶格结构、微观形貌和官能团进行了表征,并以此作为吸附剂,测试了不同pH值、初始浓度、吸附时间等吸附环境对含Cd的重金属废水吸附性能的影响。结果表明,EDTA表面具有丰富的羟基、羧基等含氧基团,嫁接到GO表面后使GO表面的活性点位增多,Cd(Ⅱ)被功能化GO复合材料表面的活性点位所吸附后沉积在了原有的沟槽中,使复合材料的表面变得光滑。当pH=6时,功能化GO复合材料对含Cd重金属废水的吸附容量和去除率达到最大值,分别为45.8 mg/g和95.3%;在初始浓度为120 mg/L时,吸附容量和去除率达到了最大值,分别为66.5 mg/g和96.3%;在吸附时间为60 min时,可达饱和吸附,吸附容量和去除率达到最高值,分别为78.0 mg/g和98.5%。经过5次重复使用后,吸附容量可保持在23.8 mg/g,去除率保持在85.4%,具有优异的循环性能。

石墨烯金属纳米复合材料的制备及在电化学生物传感器的应用

金属纳米粒子具有着独特的光学、化学和磁学特征,在当前环境下相关材料的应用比较广泛。而石墨烯本身具有着比较大的比表面积、较强的导电和导热性等,是金属纳米粒子比较理想的载体,通过制备金属纳米粒子于石墨烯的复合材料,将能够显著地改善金属纳米粒子的团聚问题,从而促进两种材料的相互协同,取得更加良好的应用效果。本文针对当前石墨烯金属纳米复合材料的制备方法和其在电化学生物传感器中的应用进行了探讨,报道如下。

碳纳米管填充高密度聚乙烯复合材料的摩擦磨损性能研究

摩擦材料的广泛应用推动了新材料的开发以及该领域的发展。如今,由纳米材料补强的聚合物越来越受到关注。许多纳米材料如石墨烯、碳纤维、碳纳米管和纳米金属氧化物用于制造新型纳米复合材料。碳纳米管(CNT)已用作许多聚合物的填料,开发具有优异摩擦和机械性能的复合材料。

基于生物质蛋白模板体系构筑石墨烯纳米复合材料在医疗卫生领域中的应用

近年来,伴随着化工新型材料制备技术的飞速发展,生物质基作为一种优越的多孔材料吸引了越来越多研究者的关注。大量的研究表明,石墨烯独特的物理与化学特性,为石墨烯纳米复合材料赋予了在生物传感、药物运输、组织工程以及生物医学成像等领域多方面创新应用的潜能。此外,石墨烯纳米复合材料可灵活调控表面化学性质,为其在生物相容性和生物互作性等方面打开了广泛的前景。展望未来,石墨烯纳米复合材料有望为生物医学领域的研究与应用提供丰富的探索空间,进一步推动科研进展,并助力技术创新。

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。

石墨烯纳米复合材料在空气净化领域中的应用

社会对室内空气质量的关切推动了室内空气净化技术的迅猛发展。然而,目前的技术仍然面临挑战和限制,迫切需要新一代的净化材料。石墨烯纳米复合材料因其高比表面积、导电性、催化活性和吸附能力等多重优势备受瞩目,可有效提高室内空气质量,去除微粒物、挥发性有机化合物(VOCs)和有害气体。这些材料不仅有望改善室内空气质量,还为节能和环保领域带来了革命性的创新,被视为全球范围内解决空气污染问题的新兴可能性。在未来,研究的重心将集中在制备多功能复合材料、可持续生产方法和仿生学应用等方面,以进一步提高这些材料的性能和适用性,推动环境科技的不断进步。这些努力有望为环境提供更清洁、更健康的室内空气,同时减少对能源的消耗,有力地推动环保领域的发展。

温度和湿度对纳米石墨烯片水泥基复合材料压敏性能的影响

研究了纳米石墨烯片水泥基复合材料(GNPs/CC)在不同温度和湿度下的压敏性能。研究结果表明:GNPs/CC在20℃下的压敏性能最佳。温度的升高和降低都会导致GNPs/CC压敏性能的削弱,温度升高会导致灵敏因子出现小幅度的波动,但电阻变化率曲线的线性程度基本不受影响;温度降低则会导致灵敏因子大幅度降低,并导致GNPs/CC电阻变化率曲线的线性程度降低。0RH湿度下,GNPs/CC的压敏性能最佳;65%RH的湿度几乎不会改变GNPs/CC的含水率,对其压敏性能无明显影响;98%RH的湿度会使GNPs/CC的含水率快速增加,并导致了GNPs/CC压敏性能的削弱。

石墨烯和碳纳米管的天然橡胶纳米复合材料的性能研究

采用湿法混炼工艺制备石墨烯/天然橡胶(NR)纳米复合材料和碳纳米管/NR纳米复合材料,研究石墨烯和碳纳米管用量对NR纳米复合材料性能的影响。结果表明:随着石墨烯和碳纳米管用量的增大,NR纳米复合材料的热导率和比热容均先增大后减小;石墨烯/NR纳米复合材料的300%定伸应力先减小后增大,石墨烯用量为2份的石墨烯/NR纳米复合材料的拉断伸长率最大;碳纳米管/NR纳米复合材料的300%定伸应力增大,碳纳米管用量为3份的碳纳米管/NR纳米复合材料的撕裂强度最大。随着温度的升高,石墨烯/NR纳米复合材料的相对介电常数呈先增大后减小的趋势,在110℃时最大;碳纳米管/NR纳米复合材料的相对介电常数呈增大的趋势。

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。

LiFePO_(4)/石墨烯纳米复合材料的制备及电化学性能分析

为解决锂离子电池存在的正极材料放电比容量较低的问题,以固相合成法为基础,制作不同质量分数的LiFePO_(4)/石墨烯材料,并借助XRD、SEM、TEM对所制备复合材料的微观结构进行分析,运用电池测试工具对制备的锂离子电池进行电化学性能检测,以掌握由LiFePO_(4)/石墨烯纳米复合材料所制备电池的基本性能。测试结果表明,制备的电池正极材料具有完整的晶型结构,并且在石墨烯质量分数为10%时,比容量可达到154.3 mAh·g^(-1),在0.1 C倍率下循环50圈后的容量可维持在152.7 mAh·g^(-1)附近,在石墨烯质量分数为10%时存在极化最小和阻抗最小的点,并且石墨烯的添加量为5%时达到最小交流阻抗,为343.8Ω。LiFePO_(4)/石墨烯纳米复合材料的使用能有效增大锂电池的放电比容量,并且提高倍率性能,有效降低电池极化电阻,加强锂电池的使用性能。

Zn^(2+)掺杂CeO_(2)/石墨烯纳米复合材料摩擦性能研究

采用水热法合成了Zn^(2+)掺杂石墨烯二氧化铈(CeO_(2)/G)复合纳米材料。通过四球摩擦机对掺杂前后的CeO_(2)/G复合材料进行摩擦实验,考察了Zn^(2+)掺杂对CeO_(2)/G复合材料摩擦性能的影响。利用X-射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、红外光谱仪、扫描电子显微镜对复合材料进行磨损表面分析和性能测试。结果表明,Zn^(2+)掺杂没有对CeO_(2)/G复合材料的结构产生影响,但使CeO_(2)粒子尺寸大小更加均匀,在石墨烯基底上分散情况更好。在载荷为392 N、转速为1200 r/min下,CeO_(2)/G材料使润滑油摩擦系数下降48.4%,磨斑直径下降20%;而Zn^(2+)掺杂的CeO_(2)/G材料使润滑油抗磨性能更好,摩擦系数下降60%,磨斑直径下降28%。

石墨烯基纳米复合材料的合成及其在电化学传感器中的应用进展

总结了石墨烯的合成方法,包括电化学剥离法、化学合成法和化学气相沉积法,然后介绍了几种常见的石墨烯纳米复合材料,最后详细说明了石墨烯纳米复合材料在电化学传感器中的应用进展,并分析了石墨烯基电化学传感器面临的挑战及未来发展趋势。

石墨烯-羧基化碳纳米管水泥基复合材料的高温力学性能研究

测试了不同质量比的石墨烯-羧基化碳纳米管(G-CNT)水泥基复合材料在25、200、400、600℃下的质量损失、抗压强度和抗折强度。结果表明:400℃以内,添加G-CNT复合材料后水泥基复合材料的残余力学性能显著提高,对质量损失的影响较小,水泥基复合材料的耐高温性能提高;400℃时,掺入0.10%CNT和0.05%G的水泥基复合材料的抗压强度仅下降了21.43%;400~600℃时,结合XRD和SEM结果可知,水泥基复合材料的微观结构严重破坏,力学性能显著下降;G5C10组为最佳配比,25~400℃时,在最佳配比下,G、CNT复掺后可以延缓或抑制因为高温爆裂引起的微孔隙和裂缝的扩散,形成致密化结构,进而提高水泥基复合材料的耐高温性能。