关键词： 纳米银   还原氧化石墨烯   Gap19   甲基丙烯酰化明胶   水凝胶   抗菌性   工程化口腔材料  

摘要： 背景:活髓保存疗法是治疗深龋等口腔常见疾病的主要疗法之一,盖髓材料的抗菌性能对疗效至关重要。目前常用的盖髓材料抗菌性较弱并会激起牙髓组织一定的炎症反应,从而导致治疗失败。目的:探讨纳米银-还原氧化石墨烯/聚多巴胺/甲基丙烯酰化明胶@Gap19水凝胶材料的抗菌作用。方法:制备纳米银-还原氧化石墨烯。使用含不同质量浓度纳米银-还原氧化石墨烯的完全培养基培养人牙髓干细胞,采用CCK-8实验检测细胞增殖。采用抑菌圈实验检测不同质量浓度纳米银-还原氧化石墨烯对金黄色葡萄球菌的抑制作用。通过CCK-8与抑菌圈实验结果筛选促细胞增殖与抑菌效果最明显的纳米银-还原氧化石墨烯质量浓度,负载于水凝胶中。使用含不同浓度Gap19(一种针对连接蛋白43半通道的特异性抑制剂)的完全培养基培养人牙髓干细胞,采用CCK-8实验检测细胞增殖,筛选促细胞增殖效果最明显的Gap19浓度,负载于水凝胶中。制备纳米银-还原氧化石墨烯/聚多巴胺/甲基丙烯酰化明胶@Gap19(AgNPs-rGO/PDA/GelMA@Gap19)水凝胶,表征该水凝胶材料的理化性质。将金黄色葡萄球菌(或大肠杆菌、变异链球菌、乳酸杆菌)悬液分别与三氧化矿物凝聚体、聚多巴胺/甲基丙烯酰化明胶水凝胶、纳米银-还原氧化石墨烯/聚多巴胺/甲基丙烯酰化明胶水凝胶与AgNPs-rGO/PDA/GelMA@Gap19水凝胶共培养,以单独培养的细菌悬液为空白对照组,检测各组水凝胶的抗菌率。结果与结论:①通过CCK-8与抑菌圈实验结果确定纳米银-还原氧化石墨烯的最佳质量浓度为12.5μg/mL,通过CCK-8实验确定Gap19的最佳浓度为20μmol/L;②扫描电镜下可见AgNPs-rGO/PDA/GelMA@Gap19水凝胶呈褶皱多孔状,纳米银在水凝胶表面及内部均有负载;能谱分析结果显示纳米银-还原氧化石墨烯与Gap19成功负载至水凝胶上;③4种水凝胶对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、变异链球菌、乳酸杆菌均具有明显的抑制作用,并且以纳米银-还原氧化石墨烯/聚多巴胺/甲基丙烯酰化明胶水凝胶与AgNPs-rGO/PDA/GelMA@Gap19水凝胶的抗菌作用最显著,说明AgNPs-rGO/PDA/GelMA@Gap19水凝胶作为一种新型盖髓材料具备明显的抗菌作用。

关键词： 氧化石墨烯   口腔种植   促进成骨   载药抗菌   低毒性   理化性能   综述   工程化口腔材料  

摘要： 背景:氧化石墨烯凭借优越的理化性质和良好的生物相容性能够促进成骨细胞的分化和抑制细菌增殖,有望提高种植体修复的成功率。目的:总结氧化石墨烯在口腔种植修复领域的研究进展。方法:应用计算机检索CNKI、万方、ScienceDirect、PubMed数据库中2000年1月至2024年6月发表的相关文献,检索词为“氧化石墨烯,口腔种植,生物相容性,抗菌机制,成骨细胞,机械性能,化学性能”“graphene oxide,dental Implantation,biocompatibility,antibacterial mechanism,osteoblasts,mechanical properties,chemical properties”。通过阅读文题和摘要进行初步筛选,排除与文章主题不相关的文献,根据纳入和排除标准,最终纳入65篇文献进行综述分析。结果与结论:氧化石墨烯通过自身抗菌及载药抗菌性能可以增加机体先天性免疫保护反应,抑制种植体周围炎的发生和发展。氧化石墨烯可以促进骨髓间充质干细胞的增殖分化,促进成骨细胞、血管内皮细胞的增殖,抑制破骨细胞的增殖,增加种植体与牙槽骨之间骨结合的速率,有利于种植体周围骨的形成和稳定。氧化石墨烯可以促进种植体与龈组织的结合,减少炎症的发生。氧化石墨烯具有低毒性,其生物安全性有待进一步研究。氧化石墨烯涂层赋予了钛种植体表面优良的理化性能,可显著降低种植体折断等并发症的发生,延长种植体使用时间。

关键词： Porous metal-matrix nanocomposite   Graphene nanoplatelets   Rotating microbeams   Modified couple stress theory   Dynamics   Thermal buckling  

摘要： A comprehensive dynamic model for thermal buckling, elastic vibration and transient response analysis of rotating nano-composite porous metal-matrix microbeams reinforced with graphene nanoplatelets (GNPs) under a uniform thermal gradient is proposed. Various pore distribution patterns are considered together with different GNPs dispersion rules according to the specific functions. The extended rule of mixture and Halpin-Tsai micromechanics model are employed to evaluate the effective material properties of the nanocomposites. Based on the modified couple stress theory and the improved third-order shear deformation theory, the dynamic equations of the rotating microbeam are established by the Lagrange's equation. The Chebyshev-based Galerkin method is adopted to discretize these equations, which are then solved by the complex modal analysis and Runge-Kutta-Merson method. Convergence study and comparisons with previous literature are conducted for validation of the present method. A parametric study performed analyzes the effects of angular velocity, thickness-to-length scale parameter ratio, porosity coefficient, weight fraction and geometry of GNPs together with distribution patterns of GNPs and pore on the critical buckling temperature rise, fundamental frequency and time-dependent response of the rotating nanocomposite microbeams. The results reveal significant effects of these parameters on the relevant mechanical behaviors, some of which are even contrary to expectations. Therefore, it is necessary to further study this kind of rotating nanocomposite structures for the optimal design.

关键词： 硫化铋(Bi_(2)S_(3))   石墨烯   负极材料   钠离子电池  

摘要： 钠离子电池因钠储量丰富和成本费用低,有望取代锂离子电池成为新型储能电池。但由于缺少高性能的负极材料,钠离子电池的商业应用受到严重制约,导致其发展远远滞后于锂离子电池。硫化铋(Bi_(2)S_(3))因具有较高的比容量、对环境友好和成本低等优势受到了研究者们的广泛关注。将石墨烯与Bi_(2)S_(3)进行水热反应,获得具有优异电化学性能的Bi_(2)S_(3)/NSGr负极材料。与Bi_(2)S_(3)相比,Bi_(2)S_(3)/NSGr的电化学性能提升比较理想,拥有更小的阻抗值(57Ω)、更大的钠离子扩散速率(1.74×10^(-13)cm2/s),在0.5 A/g的电流密度下循环100圈后容量稳定在370 mA·h/g。结果表明,引入石墨烯对提升Bi_(2)S_(3)材料的循环稳定性和导电性能具有可观的效果,并能够提升材料的整体性能,为开发高性能的Bi_(2)S_(3)基负极材料提供研究思路。

关键词： Ammonia  

摘要： Graphene has attracted great attention due to its large specific surface area, high charge carrier mobility, and excellent electrical conductivity. However, the inherent structural integrity and zero bandgap characteristics of graphene limit its gas sensing properties. Consequently, researchers have embarked on exploring avenues such as doping graphene or using graphene oxide as a gas-sensitive material to design gas sensors that respond optimally to ammonia. This work, based on first-principle density functional theory, focuses on the field of ammonia gas sensors, investigating in detail the adsorption characteristics of ammonia molecules on graphene oxide (GO) and graphene oxide doped with Ag and Cu (AgGO, CuGO). By calculating parameters including charge distribution, density of states, band structures, and adsorption energy, this work delves into the influences of diverse oxygen-containing groups and metal doping on the gas sensing properties of graphene oxide. The research results show that there is a substantial charge density overlap between the density of states of hydroxyl groups in graphene oxide and NH3 molecules, indicating a clear tendency towards chemical adsorption. It is particularly noteworthy that after NH3 adsorption, the graphene oxide containing hydroxyl shows the highest charge transfer (0.078e) and adsorption energy (0.60 eV), which indicates that the adsorption efficacy of NH3 is higher, followed by carboxyl groups and epoxy groups, which mainly participate in physical adsorption. Furthermore, this work delves into the influence of metal doping on graphene oxide, demonstrating that the adsorption capability of doped graphene oxide hinges upon the synergistic influence of oxygen-containing groups and metal atoms, with Ag-doped graphene oxide showing a several-fold increase in adsorption energy. Through the analysis of density of states, it is found that Ag atoms resonate with s, p, and d orbitals of the N atom in NH3, proving the formation of

关键词： 量子化学理论计算   人工甜味剂   气凝胶   吸附机制   生物质高值化  

摘要： 为解决人工甜味剂作为一种新型污染物引起的食品安全隐患与环境危害问题,本研究利用聚乙烯亚胺改性大豆分离蛋白(soy protein isolate,SPI)层插氧化石墨烯(graphene oxide,GO)构筑环境友好型生物质基气凝胶(PSPI-GO),以高效去除水体中典型人工甜味剂——糖精(saccharin,SAC)。PSPI-GO对SAC的平衡吸附容量为293 mg/g,对应去除率达91%。系列表征结合吸附实验结果表明,PSPI-GO具有丰富的多孔结构及优异的可再生性能。多重量子化学理论计算(静电势、前沿分子轨道、独立梯度模型和Hirshfeld表面)进一步揭示静电吸引力、氢键键合和分子间相互作用主导吸附过程的进行。这项工作不仅可实现生物质的高值化利用,还可为高效清除SAC提供新途径。同时,宏观传质机制解析耦联多重量子化学计算可视化吸附机制的研究策略可为阐明分子间深层次吸附行为提供新视角。

关键词： 柔性压阻传感器   聚二甲基硅氧烷   碳纳米管   石墨烯   压敏层   拓印法  

摘要： 为了提高压阻传感器的传感性能,课题组开发了一种高灵敏度柔性压阻传感器。采用银粉、碳纳米管和石墨烯复合材料为导电材料,以聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)为基底,利用溶液法和拓印技术制备压敏层,又利用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)技术在聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Naphthalate,PEN)薄膜上制备叉指电极,进而将压敏层和叉指电极进行组装,获得柔性压阻传感器。该传感器在多种压强条件下均表现出较快的响应速度、卓越的稳定性和出色的重复性,并且具备优良的柔韧性和耐用性;在静态和动态压强检测中均表现出卓越的性能,能够准确记录压强变化。该传感器在智能机器人技术等领域具有较大应用潜力。

关键词： 非线性自由振动   二次摄动法   石墨烯片   功能梯度材料  

摘要： 为了研究非线性弹性基础上功能梯度多层石墨烯片增强复合材料(graphene platelets reinforced composite,GPLRC)梁在轴向力和温度场共同作用下的非线性自由振动问题。基于虚功原理,采用一阶剪切变形梁理论和冯卡门非线性应变位移关系,建立了梁的非线性控制方程,并将3个方程简化为2个关于挠度和转角的非线性方程,利用二次摄动法进行离散,得到各阶摄动方程,逐阶求出渐进解,获得两端简支边界条件下频率的表达式。通过参数分析,探究了石墨烯片(graphene platelets,GPLs)的分布模式、几何形状、重量分数,以及弹性基础刚度参数、温度和轴向力对非线性自由振动的影响。计算结果表明:GPL质量分数越高增强效果越明显,采用GPL表面积更大、单层GPL较少、靠近顶部和底部的位置添加更多的GPL、增大线性弹性基础刚度都可以使固有频率增大,从而使梁的非线性与线性频率之比减小。非线性弹性基础刚度增大、温度升高和轴向压力增大会使非线性与线性频率之比增大。

关键词： 桥梁工程   氧化石墨烯   混凝土   力学性能   耐久性能  

摘要： 为了改善恶劣服役环境下桥墩用混凝土的使用性能,采用纳米材料氧化石墨烯对混凝土进行改性,基于一系列室内试验,针对不同氧化石墨烯用量的混凝土进行力学及耐久性能分析。结果表明:随着氧化石墨烯用量的增加,桥墩混凝土的抗压和抗折强度呈逐渐增大变化,弹性模量呈先增大后减小变化,而电通量、氯离子扩散系数、抗压强度损失率及质量损失率则均随之呈先降后升变化;掺入适宜氧化石墨烯能够有效改善混凝土的力学及耐久性能,但若过量则会对其性能产生一定削弱,推荐氧化石墨烯用量为0.12%,有利于提升复杂环境下桥墩混凝土的服役性能。