石墨烯对环氧树脂泡沫炭石墨化、电导率和力学性能的影响

环氧树脂基泡沫炭是一种具有三维海绵状结构的新型炭材料,独特的网状泡孔结构使其具有高孔隙率、耐高温、耐腐蚀、导电/导热可调等性能,应用前景广阔。但是环氧树脂的石墨化困难,本工作以石墨烯为异质成核改性剂,用以提高环氧树脂泡沫炭的石墨化程度、电导率和力学性能。采用简单的发泡、炭化和石墨化工艺制备了石墨烯改性环氧树脂泡沫炭。石墨烯异质成核剂诱导了泡沫炭碳微晶生长,增加了碳晶格条纹长度,减少了碳晶体混乱。研究表明,不含或含质量分数0.05%石墨烯改性泡沫炭的晶面间距、晶粒堆垛高度、石墨化度分别为0.343nm、3.35nm、8.42%和0.342nm、10.22nm、23.2%。此外,石墨烯作为晶胞成核位点会影响泡沫炭的平均晶胞尺寸,随着石墨烯含量的增加,泡沫炭平均晶胞尺寸先减小后增大。同时,石墨烯改性增大了泡沫炭的有序结构,提高了其导电性,当石墨烯的质量分数为0.05%时,泡沫炭电导率为53.8 S·m^(–1)。相对于纯泡沫炭(压缩应变为0.0096%),质量分数0.01%、0.02%、0.05%和0.10%的石墨烯改性泡沫炭压缩应变增加至0.208%、0.228%、0.187%和0.1146%。本研究为碳纳米材料/泡沫炭制备、碳结构和性能调控提供了新的研究方法。

新型二维纳米材料MXene的制备及在储能领域的应用进展

二维过渡金属碳(氮)化物(MXene)作为一类新型二维纳米材料,自2011年发现以来,由于其优异的物理化学性能得到了广泛研究。MXene除具有传统二维材料的优异性能外,其高的导电性、良好的润滑性及电磁性等特殊性能,已被广泛地应用于能量存储、催化、润滑、电磁屏蔽、传感器、水净化等领域,并取得了一定的效果和进展。本文综述了近年来国内外关于MXene材料的最新研究现状,归纳总结了MXene的结构、性能和制备方法,以及在锂离子电池、超级电容器等领域的相关成果,指出了目前研究存在的短板,并展望了未来的研究方向。

煤基石墨烯改性树脂热界面材料研究进展

伴随着电子工业的发展,越来越多的元器件被封装在电子产品中,给热管理带来了很大挑战。树脂基热界面材料作为一种散热材料,在散热器件中起到热传导作用,以保障电子器件运行的稳定性和可靠性。煤基石墨烯具有价格低廉、热导率极高的优点,已成为用于强化树脂基热界面材料导热性能的研究热点。本文介绍了树脂基体和煤基石墨烯类填料的选择和应用,归纳了树脂基热界面材料的制备方法,并结合研究现状,阐述了煤基石墨烯改性树脂热界面材料的发展趋势。

石墨烯/陶瓷复合材料的研究进展

在陶瓷中引入第二相材料是改善陶瓷材料结构和性能的有效途径。纤维、晶须、颗粒等用于改善陶瓷,但难以满足陶瓷材料的应用要求。石墨烯具有大的比表面积和优异的机械、导电、导热等性能,是制备性能优异的陶瓷复合材料的理想填料。系统总结了石墨烯/陶瓷复合材料的研究成果,综述了石墨烯/陶瓷复合粉体的制备方法、成型工艺和致密烧结工艺技术,评价了制备方法对石墨烯和复合材料的影响。总结了石墨烯/陶瓷复合材料的机械、导热、导电和摩擦磨损性能,并揭示了复合材料性能改善的机理。最后,指出了石墨烯/陶瓷复合材料面临的挑战和发展方向。

改性树脂炭的石墨化及应用进展

树脂炭具有良好的力学、电学以及热物理性能,是广泛应用于航空、航天、能源等领域的结构功能一体化材料。树脂固有的分子结构特性导致树脂炭难石墨化,限制了树脂炭的广泛应用。本文综述了近年来改性树脂炭石墨化及应用的研究进展,系统介绍了催化剂、碳纳米材料、易石墨化共炭化剂三类树脂改性剂,可提高树脂炭的石墨化炭含量并降低其石墨化温度。其中催化剂和碳纳米材料改性剂方面的研究较多,催化剂改性剂在较低温度下(低于1400℃)便能使树脂炭的石墨化度达74%,而碳纳米材料改性剂需要在2000℃以上才能较明显地提高树脂炭的石墨化度。相比前两种改性剂,易石墨化的共炭化改性剂不仅能提高树脂炭的石墨化度,还能提高树脂的残炭率。在应用方面,提高树脂炭的石墨化度能提高炭/炭复合材料的导热和导电性能,也能提高超级电容器材料和二次电池电极材料的导电性能、倍率性能和功率密度。最后探讨了改性树脂炭的石墨化及应用面临的挑战和发展方向。