关键词： 光频梳   石墨烯   微腔   气体传感  

摘要： 光学微腔具有高品质因子和微小体积,为光学传感提供了理想平台.受限于微腔材料惰性和光源性能,基于光学微腔的高灵敏气体传感器的实现仍然是一个挑战.微腔光频梳具有等间距的频谱分量,被广泛用于大容量通信、高精密测量和光谱分析应用,已经成为通信和传感的新一代高性能光源.本文介绍了一种基于次级梳的石墨烯功能化微球气体传感器.相较于孤子态微梳,次级梳具有较高鲁棒性和更容易激发的特点,在气体传感方面展现出应用潜力.通过把次级梳的拍频作为传感探测信号,在石墨烯增敏作用下,实现了750 Hz/ppb的最大探测灵敏度和4 ppb的探测极限.该传感器保留了光频梳稳定性优势,同时避免了复杂的孤子激发和维持过程,为高性能实用化微型气体传感器的实现提供了新的技术路线.

关键词： 石墨烯   导电油墨   导电性   柔性   电热纺织品  

摘要： 为解决柔性电子印刷中传统碳系导电油墨导电性能差的问题,通过引用高导电的石墨烯,制备了基于石墨烯/炭黑/石墨三维导电网络结构的水性石墨烯基导电油墨。探讨了分散剂用量、颜基比和干燥处理工艺三个主要因素对导电油墨导电性能的影响。在此基础上,采用低成本的丝网印刷工艺制备了柔性电热纺织品以评估导电油墨的应用性能。结果表明,制备的导电油墨具有较高的导电性能,最低方阻为20Ω/□。以此制备的柔性电热纺织品具有快速的升温能力和优异的电热稳定性、耐疲劳性,在充电宝5V电压下90s左右可以由室温到达稳态温度(60±3)℃,且具有一定的机械柔韧性。所制备的高导电水性石墨烯基导电油墨在柔性可穿戴领域具有较好的实际应用价值。

关键词： 共价改性   氧化石墨烯   聚砜   混合基质膜  

摘要： 聚砜(PSF)膜具有易改性、稳定性好和机械强度高等优点,在水处理中得到了广泛应用,但聚砜膜的疏水性造成了严重的膜污染。氧化石墨烯(GO)具有较大的比表面积、良好的化学性能。各种含氧的亲水官能团,如羧基、环氧基和羟基,可用于提高膜的亲水性。介绍了各种共价改性氧化石墨烯的方法,综述了近年来共价改性氧化石墨烯/聚砜膜的应用。与纯聚砜膜相比,改性后的聚砜膜在渗透性、选择性和防污性能方面均有提高,具有克服渗透性-选择性权衡的潜力,有助于提高废水处理能力。

关键词： 石墨烯   电磁屏蔽   结构调控   异质掺杂   复合材料  

摘要： 通信技术在为人类的生活带来便利的同时,其产生的电磁辐射对社会安全、人体健康产生的危害也受到了社会各界的广泛关注,宽屏蔽范围、高吸收效率和高稳定性的电磁屏蔽材料逐渐成为研究热点。石墨烯是一种导电性高、比表面积大且可调控性高的轻质材料,可有效实现电磁衰减,保护精密电子设备和人体健康,在电磁屏蔽领域具有广阔的应用前景。本综述从电磁屏蔽的基本原理与石墨烯基材料的结构特性角度,阐述了石墨烯及其衍生物的电磁屏蔽特点,总结了结构调控以及表面异质化、复合化策略在电磁屏蔽领域的应用。结构调控有利于提高石墨烯基材料对电磁波的吸收损耗和多重反射损耗;表面异质化和复合化策略有利于提高石墨烯基材料的界面极化和磁特性,从而加强对电磁波的吸收损耗和磁损耗。总结了石墨烯基电磁屏蔽材料的改性方法,旨在为开发新一代绿色、轻薄、高屏蔽带宽的电磁屏蔽材料提供启发,指明石墨烯基电磁屏蔽材料的未来发展方向。

关键词： 甲酸电氧化   氮掺杂中空碳纳米球   氮掺杂石墨烯   载体材料   三维互连层状多孔结构  

摘要： 低成本、高活性、耐久性好的高效电催化剂对直接甲酸燃料电池的应用起着至关重要的作用。本文采用简单经济的方法,研究了以三维层状多孔结构嵌入氮掺杂石墨烯(NG)的氮掺杂空心碳纳米球(NHCN)负载Pd纳米粒子作为直接甲酸燃料电池催化剂。由于具有独特的氮原子掺杂三维互联层状多孔结构,Pd纳米颗粒尺寸较小的Pd/NHCN@NG催化剂具有较大的催化活性表面积、优越的电催化活性、较高的稳态电流密度和较强的抗CO中毒能力,明显超过传统的Pd/C、Pd/NG和Pd/NHCN催化剂对甲酸电氧化的催化性能。通过优化HCN/GO比,当HCN/GO质量比为1∶1时,Pd/NHCN@NG催化剂对甲酸的催化氧化性能最佳,其活性是Pd/C的4.21倍。本工作开发了一种优越的碳基电催化剂载体材料,为燃料电池的发展带来了广阔的应用前景。

关键词： 再生生物材料   骨缺损   骨修复   氧化石墨烯   天然材料   人工材料   骨髓间充质干细胞   综述  

摘要： 外伤、感染、肿瘤等导致的骨缺损是临床治疗难点,而目前自体或异体骨移植的治疗方法应用受限,使得骨缺损临床疗效不佳,寻找新的治疗方法迫在眉睫。氧化石墨烯是一种导电性能良好、高比表面积、力学性能优异、材料稳定,以及具有良好生物相容性和低毒性的新型材料,将其与天然材料如明胶、丝素蛋白、胶原蛋白等或者人工合成材料如聚乳酸、聚醚醚酮、生物玻璃等结合形成性能独特的骨缺损修复材料,将会为骨缺损患者带来福音。

关键词： 石墨烯   直接甲酸燃料电池   铂催化剂   循环伏安法   电催化氧化  

摘要： 采用恒电位电化学还原技术制得石墨烯电极,然后采用循环伏安方法在石墨烯基体上电沉积一层Pt纳米微粒.采用电化学测试技术研究Pt/石墨烯电极材料的电子传递性能及对甲酸电催化氧化性能.相对于商用Pt电极材料,Pt纳米微粒/石墨烯电极材料对甲酸表现出优异的电催化氧化活性,氧化峰电流显著提高.该种石墨烯负载Pt催化剂有望用作直接甲酸燃料电池的优良电极材料.

关键词： 氧还原反应   铋   石墨烯   锌-空气电池   Fe-N-C  

摘要： 催化氧反应(ORR)是锌空电池和氢燃料电池能量转化的关键过程,然而其反应速率往往较低,因此开发高活性且耐久的催化材料至关重要.当前,研发低成本、高效率且稳定的氧还原催化剂已成为国内外的研究热点.其中,富含金属-氮-碳活性位点的低成本ORR催化材料,因其具有替代贵金属的潜力,成为重要的候选材料.然而,在制备这类催化剂时,所用分子前驱体在热解过程中易团聚形成金属基硬颗粒,如何减少热解过程中金属成分的自发聚集和不良副产物的生成,提高活性单原子的利用率,特别是在使用廉价分子前驱体(如三聚氰胺和铁盐)时,仍面临挑战.本研究旨在探索有效的制备策略,以优化催化剂性能,推动其在能源转换领域的应用.本文报道了一种以硝酸铋为牺牲剂,石墨烯为导电载体,通过热解廉价的三聚氰胺和铁盐,合成石墨烯负载丰富Fe-N-C活性位点催化剂的新方法.该方法中硝酸铋前驱体高温热解生成的铋铁合金或氧化铋因表面没有碳层,而容易被热酸除去,形成更多的可接近的FeNx活性位点,从而有效地抑制铁基颗粒和管状碳结构的形成,实现了催化剂的高效合成.双球差矫正电镜、X-射线光电子能谱和X-射线吸收结构光谱等表征证明,铋化合物去除后留下空位被铁原子取代,增加了Fe-N-C位点密度,并且铁以单原子活性位形式存在.实验结果表明,所制备的催化剂表现出高氧还原性能,在碱性和酸性条件下的半波电位分别为0.916和0.784 V.石墨烯基催化剂的动力学电流密度(0.9 V ***)达到10.41 mA cm^(-2),是不加铋化合物样品的6倍,贵金属Pt/C催化剂的4倍.此外,催化剂的塔菲尔斜率为59 mV dec^(-1),低于不加铋化合物样品(80 mV dec^(-1))、不加石墨烯样品(93 mV dec^(-1))、无金属样品(88 mV dec^(-1))和Pt/C(80 mV dec^(-1)).在0.1 mol L^(-1) KOH条件下,催化剂循环10000圈后,半波电位仅衰减15 mV,低于Pt/C(36 mV)和无铋对照样(20 mV),表明催化剂具有较好的稳定性.由于电化学法制备的石墨烯比热解法制备的非晶碳具有更好的耐腐蚀性,从而可以提高阴极氧还原的稳定性.另外,所制备的催化剂应用在锌-空气电池中时,最大功率密度可达201.4 mW cm-2,且循环1000次后电池电压几乎没有衰减.综上,本研究通过引入铋化合物,显著提升了廉价前驱物铁-三聚氰胺的金属单原子化效率.利用电化学法合成了石墨烯负载的Fe-N-C催化活性位,制备出高活性、高稳定的催化剂.将该低成本催化剂应用于锌-空气电池的阴极,其表现出良好的长循环性能.本研究为制备低成本、高性能的金属-氮-碳基电催化剂提供了新思路.

关键词： 石墨烯增强   多孔复合材料   阶梯圆柱壳   一阶剪切变形理论   Jacobi-Ritz法  

摘要： 对功能梯度石墨烯增强多孔复合材料(FG-GPLRPC)阶梯圆柱壳的振动特性进行了研究。首先,采用Halpin-Tsai微观力学模型以及开胞体理论得到FG-GPLRPC阶梯圆柱壳的有效材料属性。其次,基于一阶剪切变形理论和惩罚参数法推导出壳体结构的能量表达式。最后,采用Jacobi-Ritz法建立壳体结构的振动控制方程,并求得结构的无量纲频率,验证了方法的有效性和正确性。结果表明,石墨烯质量分数、孔隙系数和边界弹簧刚度值对振动特性的影响显著,层数对振动特性的影响较小,尺寸参数对振动特性的影响不同,并得到了壳体频率随周向波数先减小后增大的变化规律。

关键词： 氧化石墨烯   高灵敏   快响应   湿度传感器  

摘要： 为研制一种高灵敏、快响应的湿度传感器,选用单层氧化石墨烯分散液为原料,将其滴涂于μm级宽度的电极沟道上,自然干燥成膜后,制得了基于氧化石墨烯薄膜的电阻式湿度传感器。研究了单层氧化石墨烯分散液浓度、电极沟道宽度这2个关键参数对传感器性能的影响规律并得出最优参数。最优传感器的响应时间和恢复时间都达到0.3 s左右,灵敏度最高达399%,相对湿度检测范围为5%~90%。使用最优传感器演示了对人体呼吸的监测和对人体手指的非接触式响应。