石墨烯-非晶碳复合薄膜的制备研究取得重大进展

据媒体报道，中科院兰州化学物理研究所的科研人员最近在石墨烯-非晶碳复合薄膜的制备研究方面取得新进展。有关研究成果发表在近期的Carbon刊物上。

石墨烯-非晶碳复合薄膜的制备研究取得重大进展

据媒体报道，中科院兰州化学物理研究所的科研人员最近在石墨烯．非晶碳复合薄膜的制备研究方面取得新进展。有关研究成果发表在近期的Carbon刊物上。

不同衬底对金刚石-石墨烯复合薄膜场发射性能影响研究

金刚石薄膜因其高导热性、负电子亲和势、低功函数和长期稳定性的特点被认为是一种很有潜力的场电子发射阴极材料。金刚石薄膜沉积在衬底上后,在不破坏金刚石薄膜自身结构完整性的前提下很难将其剥离。因此在场发射性能测试中一般是将金刚石薄膜和衬底作为整体测试,而衬底和金刚石薄膜间存在界面势垒,界面势垒对场发射性能的影响不可忽略。目前针对金刚石薄膜与衬底界面对场发射性能影响的研究相对较少,需要更多的关注和研究。分别以单晶硅、金属铌、金属钼为衬底,采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法生长制备了金刚石-石墨烯复合薄膜。对金刚石-石墨烯复合薄膜微观形貌、成分含量等进行了表征并研究了其场发射性能。研究结果表明,不同衬底对复合薄膜场发射性能影响显著,以金属铌衬底制备的复合薄膜表现出低开启场(E_(0)=2.5 V/μm)和较高发射电流密度(J@5.3 V/μm=1.9 mA/cm^(2))。此研究为获得更优场发射性能的金刚石-石墨烯复合薄膜提供了新的思路。

基于碳纳米管-石墨烯复合薄膜的柔性应变传感器

柔性应变传感器在人体生理检测与人机界面构建等方面有着重要的应用,近年来得到了广泛的关注。以碳纳米管和石墨烯为代表的碳纳米材料有着优异的导电性,并且在应变下可以产生显著的结构与电学响应,从而被广泛应用于应变传感器的构建。清华大学的朱宏伟课题组采用铜网作为基底,通过常压化学气相沉积,获得了一种石墨烯编制网络。这种特殊结构设计的石墨烯薄膜在应变下可以产生显著的电阻变化,灵敏系数高达500以上[1-2]。爱尔兰三一学院的COLEMAN课题组将石墨烯层片分散在柔性的橡皮筋与橡皮泥中,获得了低成本、高灵敏度的应变传感器,并实现了对呼吸、发声与脉搏跳动的有效检测[3-4]。

石墨烯非晶碳复合薄膜制备研究取得新进展

中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室低维材料摩擦学课题组在石墨烯-非晶碳复合薄膜的制备研究方面取得新进展。据介绍，该薄膜有望作为一种新型的电极材料在高效高寿命电池、电容器和平板显示器等领域得到应用。

基于碳纳米管/石墨烯界面修饰的碳纤维增强复合材料中力-电耦合关系探究

碳纤维和树脂基体的界面性能直接决定了复合材料的应用表现。通过电化学沉积法将碳纳米管和石墨烯接枝在碳纤维表面,模拟生物体的神经网络结构形成多尺度的三维碳材料网络。随后对碳纤维复合层压板的力学和电学性能进行测试,研究发现,改性后的界面增强了碳材料与树脂基材的接触面积,有效提高了碳纤维和树脂间的界面结合力。此外,复合材料的电阻随着碳纳米管/石墨烯质量分数的增加而不断减小,并且拉伸后复合材料的电阻率比拉伸前增大,表明层压板的电阻与其表面结构存在直接关系。该研究为拓展酚醛树脂复合材料的功能化和力-电耦合应用领域提供了新思路。

功能化氧化石墨烯纳米带/EVA复合材料薄膜的制备及表征

采用纵向氧化切割多壁碳纳米管法制得氧化石墨烯纳米带(GONRs),通过硅烷偶联剂KH-570与GONRs反应得到功能化氧化石墨烯纳米带,随后利用溶液成型的方法在涂膜机上制得功能化氧化石墨烯纳米带(K-GONRs)/乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)复合材料薄膜。用FTIR,XRD,XPS,TEM,FE-SEM,氧气透过仪和电子万能试验机研究了复合材料的结构与性能。研究表明,本实验成功制得薄条状K-GONRs,其层间距约为0.970nm,相比GONRs增加了0.095nm;K-GONRs形状均一、规整并均匀分散于EVA基体中;当K-GONRs质量分数为1%时,K-GONRs/EVA复合材料薄膜的氧气透过率和拉伸强度相比纯EVA薄膜分别降低了54.5%和提高了89.3%,阻隔性能和力学性能得到明显改善。

PLD非晶碳－聚酰亚胺复合薄膜的场致电子发射

利用脉冲激光沉积技术在高电导率衬底上，制备了非晶碳－聚酰亚胺复合薄膜，首次观察到非晶碳－聚酰亚胺复合薄膜具有较低的电子发射阈值电场和较高的发射电流密度．利用透明导电阳极技术，确定阴极电子发射位置。

三维碳纤维基复合材料及其在海水溶解氧电池中的应用性能

以三维碳纤维刷为基体通过一步水热还原法制备了石墨烯/铂复合电极(Pt-G/CFB),分析结果表明碳纤维丝束上均匀生长和包覆了大量Pt纳米微粒和石墨烯,Pt晶粒尺寸约3.1 nm;复合电极具有较大比表面积和丰富的介孔结构。Pt-G催化剂在氧还原反应(ORR)中表现出良好的催化性能和稳定性。将复合电极与Al合金阳极组成海水溶解氧电池进行放电测试,电池在低温、贫氧及小电流密度条件下放电性能良好,最大功率密度达到197 mW/L。

ZnO/GO复合薄膜电极的制备及其耐腐蚀性能

本文利用溶胶-凝胶法制备了氧化锌/氧化石墨烯(GO)复合薄膜材料。通过扫描电子显微镜发现复合薄膜中的GO颗粒之间无明显间隙,致密性良好。由傅里叶红外光谱测试证实GO在氧化锌薄膜中成功掺杂。通过阳极极化测试发现,相比于氧化锌薄膜,ZnO/GO复合薄膜的腐蚀电位值正移,腐蚀电流密度值减小。交流阻抗测试说明,GO的掺杂提高了复合薄膜的耐腐蚀性能,经450℃退火的薄膜样品耐腐蚀性能最佳。线性扫描伏安曲线表明,ZnO/GO复合薄膜的电流密度高于ZnO薄膜,说明ZnO的复合提高了薄膜材料的电催化活性。

锂碳复合材料研究进展

金属锂具有较高的理论比容量和较低的密度,将其作为负极材料,电池将获得较高的能量密度。然而,在实际应用中受不可控的锂枝晶、非活性锂的形成和积累、锂的体积膨胀及不稳定的固体电解质膜等因素的影响,限制了金属锂的商业化应用。将金属锂与碳材料复合制备锂碳材料可有效缓解上述问题。锂碳复合材料包括锂-石墨烯复合材料、锂-石墨复合材料、锂-碳纤维复合材料和锂-碳纳米管复合材料等。分类介绍了锂碳复合材料及其制备方法和电化学性能,并指出每类锂碳复合材料的优势和存在的问题,最后展望了未来锂碳材料的发展方向。

基体配比对VIHPS制备GO-CF/EP复合材料微观组织与形状记忆性能的影响

碳纤维混杂增强复合材料由于具有重量轻、可设计性强等诸多优点,广泛用于汽车、海洋、航空航天等行业.根据固化剂与环氧树脂的配比化学原理,计算出石墨烯-碳纤维混杂增强树脂基(GO-CF/EP)复合材料的最佳配比为1∶5,并采用真空浸渗热压成型工艺(VIHPS)制备1∶2~1∶7共六个配比的试样,结合形状记忆性能测试及微观形貌的观察,得到固化剂与环氧树脂实际最佳配比.实验结果表明,GO-CF/EP复合材料性能主要取决于体系中交联度的大小,交联度越大,复合材料的形状记忆性能越好,微观组织形貌也较理想.当基体配比为1∶5时,GO-CF/EP复合材料体系中交联度最大,微观形貌呈现均匀致密的状态,形状固定率最大,为95.90%;形状回复率最大,为95.40%;形状回复时间最短,为80.30 s;形状回复力最大,为9.48 N.当基体配比为1∶2或1∶7时,固化剂过量或不足,交联度较小,微观组织形貌中有大量的基体聚集区,其形状记忆性能下降,形状固定率及回复率也相应减小,分别为82.99%,81.66%,81.91%,78.75%;形状回复力分别只有5.20 N和5.50 N.

TiO_2-石墨烯电极光电催化处理罗丹明B的研究

通过溶胶凝胶法制备介孔TiO_2-石墨烯复合薄膜,对该薄膜做扫描电镜,紫外-可见漫发射透射光谱,X-射线光谱等表征.结果表明:制备的介孔TiO_2-石墨烯复合薄膜中TiO_2以锐钛矿晶型存在,石墨烯的掺杂使其对光的吸收增强.对该薄膜的光电流密度测试结果表明石墨烯掺杂后光电流密度显著提高.在光电催化降解罗丹明B的实验中,由于掺杂其中的石墨烯起到了分离光生电子和空穴的作用,与单纯的介孔TiO_2薄膜相比,反应动力学常数提高了1. 6倍.

石墨烯-聚酰亚胺复合薄膜的制备及性能表征

首先制备可均匀分散于N,N'-二甲基甲酰胺(DMF)中的氧化石墨烯片(GO),将GO的DMF分散液与聚酰胺酸(PAA)的DMF溶液进行液相共混,然后流延成膜制得GO-PAA复合薄膜,最后将PAA进行热酰亚胺化处理,在此过程中GO被原位还原为石墨烯(GS),从而获得石墨烯-聚酰亚胺(GS-PI)复合薄膜.将具有不同石墨烯含量的复合薄膜样品分别进行热重分析及力学和电学性能测试.结果表明,随着GS含量的增加GS-PI复合薄膜的表面电阻率逐渐降低.使用1.0 wt%的GO制备的GS-PI复合薄膜的表面电阻率降至106Ω,此后趋于稳定.在GO不高于0.6 wt%的用量下制备的复合薄膜的拉伸强度和断裂伸长率可发生同步增加;至GO用量为0.6 wt%二者的增强都达到最高值.此后继续增加GS含量,拉伸模量持续提高,断裂伸长率出现下降.在实验涉及的范围内,复合薄膜保持良好的延展性和热稳定性.

氧化钒-氧化石墨烯复合薄膜的制备及其光电特性

基于溶胶凝胶法,采用旋涂和喷涂相结合的工艺,制备了氧化钒(VOx,1≤x≤2.5)-氧化石墨烯(GO)复合薄膜。利用SEM、XRD、椭偏仪、紫外可见分光光度计、FTIR及高阻仪对所制薄膜的形貌、晶相、光学及电学性能进行了系统的表征测试。结果表明,加入GO之后,VOx-GO复合薄膜的电阻率由108.78Ω·cm下降至68.64Ω·cm,而薄膜的电阻温度系数(TCR)则由-1.98%·K-1提高至-2.60%·K-1。此外,VOx-GO复合薄膜还具有更高的光吸收率和工作稳定性。说明GO的加入增强了VOx薄膜作为非制冷红外探测器热敏材料的综合性能。本研究为探索基于VOx的新型红外热敏材料提供了参考,同时也对非制冷红外探测器的发展有促进作用。

碳纳米材料在橡胶材料中的应用研究进展

综述碳纳米材料在橡胶材料中的应用研究进展。介绍纳米石墨、碳纳米管、石墨烯、纳米金刚石以及炭黑-白炭黑双相纳米填料(CSDPF)的物化性质及其对橡胶材料性能的影响。碳纳米材料不仅能够改善橡胶材料的物理性能,而且能够赋予橡胶材料导电和导热等性能。碳纳米材料/橡胶复合材料的开发及应用发展潜力大,是功能性橡胶材料的一个重要发展方向。

催化超滑:金催化作用下非晶含氢碳薄膜的工程超滑

摩擦磨损是导致机械系统高能耗和失效的主要原因,降低摩擦系数、减小磨损,特别是实现超滑(超低摩擦,μ<0.01)是解决上述困窘的有效方法.本文针对在工程尺度难以实现超滑应用的技术壁垒,将催化与摩擦学相结合,提出了金催化非晶含氢碳薄膜原位生成石墨烯纳米带实现工程超滑的新方法,即"催化超滑".本文采用等离子体化学气相沉积法(PECVD)和化学溶液镀膜法分别制备了所需非晶含氢碳薄膜和镀金钢球,以非晶含氢碳薄膜/镀金钢球构成滑动摩擦副,并进一步研究了其摩擦学行为.结果表明,与非晶含氢碳薄膜/轴承钢球摩擦副相比,含氢碳薄膜/镀金钢球摩擦副摩擦系数低至0.008,仅是含氢碳薄膜/轴承钢球摩擦副的25%左右;磨损深度仅为含氢碳薄膜/轴承钢球摩擦副的31%左右.这是因为摩擦过程中金在摩擦热和剪切力的作用下,原位催化诱导非晶碳发生向石墨烯的转变,石墨烯有序的结构利于形成非公度接触,可有效减小界面剪切力从而降低摩擦系数."催化超滑"的新方法在宏观尺度上实现了超滑,为解决超滑工程应用难的问题提供了新的思路.

重庆市新材料产业现状分析(下)

四、高性能纤维及复合材料高性能纤维,是指具有特殊的物理化学结构、性能和用途,或具有特殊功能的化学纤维。按其化学组成来分,可简单地分为有机和无机高性能纤维两大类。以其性能可分为高强度/高模量纤维、耐高温纤维、耐腐蚀纤维、抗燃纤维.