可用于红外隐身的纳米石墨薄膜热辐射调制器的研究

碳材料以重量轻、比表面积大、机械强度高、导电性好等特性在隐身技术领域有巨大的应用潜力。本文基于化学气相沉积方法,通过优化生长温度、降温速率和氢气流量制备出厚度为500~700nm、表面褶皱且具有高结晶度的石墨薄膜。进一步通过构建夹层结构的中红外热辐射调制器,研究了离子插入对纳米石墨薄膜红外热辐射性能的影响,发现在0~4V电压调控范围,通过电控制离子液体插入,石墨薄膜的红外发射率可以从0.38降低到0.06,且红外发射率调谐性能可逆。这种纳米石墨薄膜可以作为一种新型的智能热表面材料,用于复杂背景下的动态热伪装或红外隐身,同时其发射率可动态调谐的性能使其在辐射冷却、个人热管理和红外通信等方面也有巨大的潜在应用价值。

纳米纤维素-氧化石墨烯层状薄膜的制备与性能

纳米纤维素是具有可再生性、可降解性的天然高分子材料。基于氧化石墨烯优越的物理性能,采用真空抽滤方法制备纳米纤维素-氧化石墨烯高度有序层状结构以提高纳米纤维素薄膜的力学强度和疏水性能。实验结果表明,当石墨烯质量分数为4%时,纳米纤维素-氧化石墨烯层状薄膜的拉伸强度达到最大值204.4 MPa,比原始CNCs薄膜抗拉强度提升58.8%。层状薄膜的弹性模量随氧化石墨烯质量分数的增加呈现先增加后降低的趋势。通过对层状薄膜进行微观形貌分析和动态热机械性能分析验证了力学试验结果的准确性。对纳米纤维素薄膜和纳米纤维素-氧化石墨烯层状薄膜的接触角进行测定,发现由于纳米纤维素的氢键网络与氧化石墨烯表面游离羟基之间的相互作用,层状薄膜的疏水性能显著提升。

高性能聚酰亚胺/纳米石墨烯复合薄膜的制备

本文通过原位聚合的方法,在聚酰胺酸溶液中加入纳米石墨烯(Gr)和硅烷偶联剂(KH550),制备不同Gr质量分数的聚酰亚胺/纳米石墨烯(PI/Gr)复合薄膜。采用傅里叶衰减全反射红外光谱仪(ART-FT-IR)、静态热机械分析仪(TMA)、扫描电子显微镜(SEM)以及同步热分析仪(STA)表征PI/Gr复合薄膜的性能和结构。结果表明:在偶联剂的作用下,Gr可以较好地分散在聚酰亚胺基体中,同时偶联剂和Gr的引入提高了复合薄膜的热稳定性;当Gr质量分数达到15%时,PI/Gr复合薄膜的弹性模量增加66.7%,达到3 GPa左右;随着电流密度的提高,复合薄膜的比电容提高了48.4%。

掺氮超纳米金刚石-石墨烯杂化薄膜的制备及其生长机理研究

金刚石-石墨烯杂化/复合材料兼具金刚石和石墨烯的优异性能,在储能、光电、生物传感器等领域有着重要的应用。近年来,大量的研究致力于这类材料的形成过程,但其生长机理仍不清楚。采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,以有机小分子二异丙胺作为唯一碳、氮源制备了氮掺杂超纳米金刚石-石墨烯杂化薄膜。采用SEM、TEM、Raman、XRD等手段详细分析了杂化薄膜的微观形貌以及物相组成,并结合等离子体发射光谱(OES)对生长时基团种类及含量变化的原位测量,提出了可能的生长机理,为调控氮掺杂超纳米金刚石-石墨烯杂化薄膜的微观结构和性能提供理论依据。

石墨烯基分离膜研究进展

以石墨烯及其衍生物作为基本单元构筑的分离膜,由于独特的孔结构和离子分子筛分特性,在海水淡化、污水处理、渗透蒸发等领域表现出潜在的应用价值。根据石墨烯基分离膜的结构特点,可以将其归类为纳米孔石墨烯薄膜和氧化石墨烯基层状薄膜。简要介绍了两类石墨烯基分离膜的结构特点和制备方法,从理论和实验两方面详细探讨了其传质行为和机制,并重点对氧化石墨烯基层状薄膜的结构调控、性能优化方法及其水处理应用的研究进展进行了综述。最后,总结并展望了石墨烯基分离膜未来的发展趋势和面临的挑战。

调制周期对纳米多层类石墨薄膜力学性能及摩擦学性能的影响

采用等离子增强多靶磁控溅射系统在溅射沉积类石墨(Graphite-like carbon,GLC)薄膜过程中交替掺杂金属W制备了6种纯GLC子层和W-GLC子层交替堆垛的纳米多层GLC薄膜.薄膜调制周期分别为300 nm、180 nm、90 nm、40 nm、15nm以及8nm共6种.研究了调制周期对薄膜力学性能和摩擦学性能的影响.结果表明:各纳米多层GLC薄膜均具有良好的力学性能与摩擦学性能,且随着调制周期的减小,薄膜的力学性能与摩擦学性能均大幅提高,并表现出显著的协同效应.纳米多层GLC薄膜中WC或W2C纳米晶的弥散强化效应和纳米多层膜的界面效应是薄膜具有优异力学性能的主要原因,而薄膜在摩擦对偶表面形成的厚实致密的富碳转移膜又确保了薄膜具有良好的摩擦学性能.当调制周期减小至8 nm时,薄膜的硬度高达35.13 GPa,结合强度为45.28 N,H/E为0.109 5,H3/E2为0.375,且在“100 r/min,12N”条件下连续摩擦480 min,平均摩擦因数仅为0.002,磨损率低至9.0× 10-18 m3/(N·m),综合性能极为优异.

溶胶-凝胶法制备氧化锌/石墨烯薄膜和退火温度对其光致发光的影响（英文）

在铜衬底通过低压化学气相淀积(LPCVD)和溶胶-凝胶法直接制备氧化锌/石墨烯纳米薄膜。分析退火温度对其结构、形态、化学状态和成分、光学性能的影响。XRD分析表明,氧化锌/石墨烯纳米结构表现出六方纤锌矿结构,晶体质量随退火温度从500℃到700℃的增加而提高。当退火温度达到700℃时,SEM显示,氧化锌薄膜呈现出颗粒均匀密集、表面光滑。其薄膜的平均颗粒尺寸约为35.7 nm。PL测量显示,退火温度为700℃时,氧化锌/石墨纳米薄膜具有较好的光学性能,这是因为样品的结晶质量较高且缺陷密度较低。