粉体石墨烯对铝基复合材料微观结构和性能的影响（英文）

采用机械合金化与电场压力激活辅助烧结工艺相结合的方式,分别制备纯Al和GNPs/Al复合材料,探究粉体石墨烯对铝基复合材料微观结构和性能的影响。结果表明:通过优化烧结工艺有效地抑制化合物Al4C3在GNPs/Al复合材料中的形成,提高石墨烯与Al基体的界面结合强度。石墨烯添加量为0.5wt.%时,在Al基体晶界处能够均匀的分散,由于石墨烯与Al基体有良好的界面润湿性,促进声子在基体材料中的移动,降低材料的界面热阻,在GNPs/Al复合材料表面形成导电网络,提高电子的迁移率和平均自由程,使GNPs/Al复合材料的热导率和电导率分别提升7.1%和4%;添加石墨烯能改变Al基体材料的晶体结构,在石墨烯周围形成晶格畸变的应力场,该应力场与位错应力场产生交互作用,使位错运动受阻,GNPs/Al复合材料的强度和硬度分别提升30.6%和44%;石墨烯能降低基体材料界面电容的介电损耗,在Al基体材料表面形成致密平整的膜层,提高GNPs/Al复合材料的电荷传递电阻,降低材料表面在电化学腐蚀过程中的弥散效应,使GNPs/Al复合材料耐腐蚀性能提高31%。石墨烯含量超过0.5wt.%时,团聚在基体晶界的石墨烯,降低复合材料的界面结合强度,使GNPs/Al复合材料导带中的能带宽度变窄,电子的局域性增强,导致GNPs/Al复合材料的性能下降。综上所述,粉体石墨烯的最佳添加量为0.5wt.%。

粉体石墨烯对镁基复合材料微观结构和性能的影响

采用机械合金化与电场压力激活辅助烧结工艺(field actived and pressure assited synthesis,FAPAS)相结合的方式,分别制备纯Mg和粉体石墨烯/Mg(GNPs/Mg)复合材料,探究粉体石墨烯对镁基复合材料微观结构和性能的影响。实验结果表明:C原子与Mg(100)面的Mg原子之间能形成较高的差分电荷密度和很强的杂化、共价相互作用,降低基体材料的制备缺陷,提升GNPs/Mg复合材料的界面结合强度,增加基体材料的位错密度,提高材料在变形时晶界对位错移动的阻力,降低电流通过腐蚀电池两极间的电位差,增大GNPs/Mg复合材料的电极表面发生电化学反应阻力,起到钝化复合材料表面的效果。石墨烯质量分数为0.1%时,GNPs/Mg复合材料的热导率和电导率分别提高2.3%和14.6%,硬度和强度分别提高10%和21%,耐腐蚀性能提高89.1%.随着石墨烯含量的增加,提高了复合材料界面的缺陷浓度,使复合材料的界面结合强度降低,导致GNPs/Mg复合材料的性能下降。综上所述,粉体石墨烯的最佳添加量为质量分数0.1%.

电爆法制备石墨烯及其铜基复合涂层的性能研究

石墨烯与金属粉末混合后容易团聚,不能有效均匀分散,无法充分发挥其优异特性。为解决石墨烯在复合材料中的团聚问题,采用自主研制的电爆设备制备了石墨烯气溶胶,将其与铜粉混合得到石墨烯/铜复合粉体,并制备出石墨烯/铜复合涂层。使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)对石墨烯气溶胶及复合材料进行表征分析,并测试涂层的硬度和耐磨性。结果表明,电爆法制备的石墨烯主要为小片径石墨烯,片径尺寸为5~40 nm,层数为3~7层。在浓度0.875 mg/L的石墨烯气溶胶中,衬底放置时间少于10 min时,单个的小片径石墨烯片碰撞吸附在衬底上,未发现凝并后的石墨烯气溶胶凝胶;衬底放置时间超过10 min后,许多小片径石墨烯堆叠在一起,形成石墨烯气溶胶凝胶,且衬底放置时间越长,凝并越严重,石墨烯气溶胶凝胶团也在不断长大。石墨烯/铜复合粉体中小片径石墨烯均匀吸附在铜粉表面,制备出的复合涂层其表面C元素分布均匀,有效解决了团聚问题。0.5 wt.%石墨烯/铜涂层平均硬度为74.8 HV0.05、摩擦系数为0.18,与纯铜涂层相比均有不同程度的提升。结果表明,电爆法制备的石墨烯气溶胶可用于制备石墨烯/铜复合涂层,提高涂层的硬度和耐磨性。该方法有望为制备高性能石墨烯/金属复合材料提供新的途径。

基于化学气相沉积技术的粉体石墨烯的制备及能源领域应用

化学气相沉积技术(chemical vapor deposition,CVD)因其产物设计性强、反应途径灵活、层数均匀可控、衬底种类多样、批量化高品质制备等特点而广受关注.本文以CVD制备石墨烯为出发点,归纳利用模板法和非模板法合成具有特定形貌的高品质粉体石墨烯材料,其具有高电导率、大比表面积和良好的分散性.进一步地,基于CVD方法合成的粉体石墨烯,对其在能量存储领域的应用展开阐述.CVD技术所制备的粉体石墨烯在储能应用领域中展现出的巨大潜力,使其有望成为助力高能量长循环储能器件的理想材料.

石墨烯粉体材料的标准化测试方法研究

石墨烯作为具有战略意义的新型纳米材料,正处于大规模产业应用亟待突破的前夕。粉体材料是我国企业具有量产能力的主要石墨烯产品形式,由于生产工艺的不同而存在多种不同的形态和类型。围绕石墨烯粉体材料的关键特性参数建立公认一致的标准化分析测试方法,是产业规范发展的要求且具有重要的实际意义。本文着重介绍围绕石墨烯粉体材料的元素组成和比表面积的测量技术所开展的标准化研究。

石墨烯粉体XPS定量测量的关键影响因素研究

为了开发XPS技术对石墨烯粉体中的碳、氧元素含量进行定量测量的特性分析方法,本工作深入考察了表面污染物、仪器参数、扣背底方法等因素对测试结果的影响。为得到有较高分辨率和较好信噪比的XPS谱图,对于石墨烯粉体样品,建议通过能不超过50e V、氧元素结合能采集范围要优于528 eV-538 eV、保证信噪比大于10的采集时间和采集次数、选用Shirley或Smart方法扣背底。

石墨烯-铜复合粉体制备工艺研究

采用化学还原法,以氧化石墨烯和硫酸铜作为原材料,水合肼为还原剂,通过离心、干燥制备出石墨烯-铜纳米粉体。采用单一变量法,即氧化石墨烯为定量,硫酸铜为变量,通过不同的配比制备出石墨烯-铜复合纳米粉体。通过XRD、SEM表征分析,结果表明:当氧化石墨烯与硫酸铜满足质量比为1∶4时,混合粉体中石墨烯和纳米铜包裹最好,且铜颗粒均匀分布在石墨烯层的周围。

X射线荧光光谱测定石墨烯粉体中的杂质元素

石墨烯粉体是我国已具备规模化生产能力的主要石墨烯材料,针对其关键物理化学特性建立准确可靠的测量方法极为重要.开发了一种利用X射线荧光光谱(XRF)技术对石墨烯粉体中杂质进行快速、无损分析的检测方法,可实现对石墨烯粉体产品质量的便捷初判.研究了石墨烯粉体样品的不同测试形态,并通过将XRF测量结果与电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-OES)、电感耦合等离子体-质谱(ICP-MS)和X射线能谱(EDX)等检测技术的测量结果进行对比,结果表明XRF可对石墨烯粉体样品中的非金属杂质S、Cl、Si、P及金属杂质Na、Mg、Ca、Fe、Cu、Ti、W、Cr等可靠检出,可实现对石墨烯粉体中杂质元素的快速、简便、无损低成本的定量测量.

化学还原法原位制备石墨烯/纳米银复合粉体及其导电性能

以水合肼为还原剂,PVP为分散剂,在反应温度为60℃,p H为6条件下同时还原氧化石墨烯和硝酸银,原位制备石墨烯/纳米银复合粉体。通过扫描电镜、X射线衍射、红外吸收光谱和拉曼光谱等手段研究溶液中硝酸银的质量浓度对石墨烯/纳米银复合粉体形貌与结构的影响。用石墨烯/纳米银复合粉体替代部分微米银粉制备低温固化导电浆料,对其导电性能进行研究。结果表明:银纳米粒子分布于石墨烯片层之间。当反应溶液中硝酸银的质量浓度为0.75 g/L,氧化石墨烯质量浓度为0.25 g/L时,获得分散性好,粒径均匀的石墨烯/纳米银复合粉体,且负载在石墨烯片层上的银纳米粒子的粒径集中在100 nm左右。用石墨烯/纳米银复合粉体替代4%微米银粉制备导电浆料,浆料的体积电阻率为1.8×10-5Ω·cm,与未添加石墨烯/纳米银复合粉体的导电浆料相比,电阻率降低61.7%。

石墨烯粉体ICP-MS定量测量特性分析方法开发

石墨烯粉体中所含金属元素杂质会影响其在与电学性能相关的产业领域中的应用。本工作为了开发对石墨烯粉体中金属杂质进行定量测量的特性分析方法并推广应用,对包括样品预处理、标准曲线建立、ICP-MS测试程序和模式、标准回收率等进行了深入的考察研究。

石墨烯粉体电导率测定方法的研究

准确测定石墨烯粉体电导率是石墨烯研究、开发和应用中的核心问题。通过我们的实验研究,得出结论:利用动态四探针法测定电导率-压实密度的关系曲线可以反映石墨烯的本征电学特性,并适用于宏观各向同性的多种石墨烯粉体。

石墨烯-锌粉水性环氧复合涂料的制备与研究

通过填料与石墨烯(graphene,GR)浆料预混合的工艺制备石墨烯复合粉体,采用石墨烯复合粉体替代传统环氧富锌涂料中的部分锌粉,最终制备了一种GR-锌粉水性环氧复合涂料。利用原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)及扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)分析其在混合粉料中的分散性;利用耐盐雾实验考察涂料的防腐性能,结果表明:添加GR能有效提高水性环氧锌粉复合涂层的耐腐蚀性能,并且石墨烯浓度为0.25%的复合粉体掺量下的环氧锌粉复合涂料表现出最佳的腐蚀防护性能;同时由于GR的加入,涂层耐冲击性、弯曲性和附着力都得到增强。并通过电化学实验得到涂料的腐蚀电流密度(Icorr)和腐蚀电压(Ecorr)表征涂料的防腐机理,结果表明0.25%石墨烯复合粉体制备的涂料具有最小的腐蚀速率。

不同形态石墨烯对水性丙烯酸防腐涂料的性能影响

石墨烯作为一种新型的碳材料,由于其优异的化学稳定性、独特的二维片层结构、突出的机械性能等特性得到了水性涂料领域的关注,通过对比不同形态的石墨烯(石墨烯粉体、石墨烯浆料),以水性丙烯酸体系防腐涂料为研究体系,讨论了不同形态石墨烯在水性防腐涂料的盐雾、硬度、附着力、耐磨、柔韧性等性能上的不同表现。

一步合成具有SERS性能的Au NPs/rGO复合粉体

采用简单、快速的微波辐射法,以绿色无毒的抗坏血酸为还原剂,一步还原氧化石墨烯(GO)和氯金酸(HAuCl_4)混合分散液制备纳米金/石墨烯(Au NPs/rGO)复合粉体。采用UV-Vis,XRD,SEM,TEM,AFM和拉曼光谱仪对复合粉体结构和表面拉曼增强散射(Surface-enhanced Raman Scattering,SERS)性能进行表征。微波辐射法可以快速合成Au NPs/rGO复合粉体,GO和HAuCl_4质量比对rGO片层上Au NPs负载量具有调控作用,质量比为1∶3时,AuNPs的负载量最多;Au NPs/rGO复合粉体具有良好的SERS性能和荧光猝灭性,r GO的化学增强和Au NPs的电磁场增强起到了良好的协同作用;复合粉体在612 cm^(-1)处吸收峰的增强因子达到了1.37×10~6。