关键词： 石墨烯   尼龙6切片   聚合工艺  

摘要： 由于石墨烯发射的远红外波振动频率与人体内细胞分子的振动频率非常接近,可以与人体内分子共振产生热能,热能深入皮下组织,引起温度升高,从而促进血液循环和新陈代谢。利用石墨烯的上述功能,将石墨烯与尼龙6相结合,生产出石墨烯/尼龙6功能性切片,介绍了石墨烯/尼龙6聚合生产时的原辅料和公用介质,并详细介绍了石墨烯/尼龙6的聚合工艺。

关键词： 表面修饰石墨烯   工艺参数   铁基摩擦材料   W-Mo-Cu复合材料  

摘要： 为解决石墨烯在金属基复合材料应用中易团聚、难分散、与金属基体之间的润湿性差、高温下易与Al、Ti、Fe等金属发生界面反应的问题,对石墨烯进行表面修饰制得镀铜石墨烯,研究了镀覆过程中镀覆温度、镀覆时间、镀液pH对镀铜石墨烯镀层连续性、完整性的影响,优化镀覆工艺参数,获得了质量优良的表面修饰石墨烯;并将其分别添加到铁基摩擦材料和W-Mo-Cu复合材料中,对其作用效果进行了研究。结果表明:石墨烯在50℃、pH为12.5的化学镀液中镀覆30 min可以获得连续性、完整性较好的镀层,从而制得缺陷密度较小、质量较好的表面修饰石墨烯;在铁基摩擦材料中添加0.8%(质量分数)表面修饰石墨烯可以使材料晶粒细化并获得片层间距较小的珠光体组织,材料硬度提高30%,磨损率降低约70%,摩擦系数下降约12%;添加了0.2%(质量分数)表面修饰石墨烯的W-Mo-Cu材料,其组织均匀性和致密度均获得了提高,电导率提升约21%,硬度提高8%。证实了表面修饰石墨烯的添加能够促进金属基复合材料综合性能的提高。

关键词： 还原氧化石墨烯膜   Co_(3)O_(4)   过硫酸氢钾   罗丹明B   高级氧化技术  

摘要： 以RGO(还原氧化石墨烯膜)为载体,采用水热法制备RGO/Co_(3)O_(4)高效复合催化剂。通过XRD(X射线衍射仪)、SEM(扫描电子显微镜)和XPS(X射线光电子能谱仪)等手段对复合催化剂的结构、形貌和化学组成等进行表征,并以RhB(罗丹明B)为降解物评价复合催化剂活化PMS(过硫酸氢钾)的反应活性。另外,考察了PMS质量浓度、RhB初始质量浓度、pH值及温度对催化剂活化PMS降解RhB的影响。结果表明:在PMS质量浓度为100 mg/L、RhB初始质量浓度为10 mg/L、pH值为7、温度为25℃时反应18 min对RhB降解率为98%。自由基捕获实验结合ESR(电子顺磁共振)结果表明体系中同时存在SO_(4)^(-·)和HO·2种活性自由基。循环实验结果显示催化剂经过5次循环使用后对RhB的降解率仍保持90%以上,显示优异的循环稳定性。

关键词： 纳米材料   水泥基   力学性能   电学性能  

摘要： 纳米材料碳纳米管和石墨烯在提升水泥基材料的力学性能和导电性方面受到广泛关注。本文以碳纳米管和石墨烯为研究对象,使用试验与有限元模拟的方法系统探讨了两种纳米材料对水泥基材料力学与电学性能的影响规律。 (1)碳纳米管和石墨烯对水泥基复合材料的力学性能和导电性有显著的改善作用。抗折与抗压强度随着石墨烯/碳纳米管的掺入量逐渐增加,表现出先增大后减小的趋势,石墨烯和碳纳米管在水泥基体中能够有效连接形成导电网络。石墨烯与碳纳米管在较高的掺量时,试件的强度下降,电阻率出现逐渐上升的趋势。 (2)利用ANSYS建立了石墨烯和碳纳米管三维随机分布模型,分析了它们与水泥基材料之间的应力关系。在石墨烯水泥基材料中,Von Mises应力与第一主应力的最大应力作用在石墨烯上,石墨烯替水泥基材料承受了巨大的应力,起到了增韧作用。碳纳米管水泥基材料的应力区域要低于石墨烯水泥基材料,碳纳米管所承受的应力远大于水泥基体。石墨烯与碳纳米管共同增强水泥基材料在荷载作用下,增强体的周围部分区域的应力分布呈现出最大值,水泥基体受力区域的高应力面积较小,增强效果好于单独掺入。 (3)随着石墨烯和碳纳米管的掺量增加,水泥基复合材料内部形成导电网络的能力增强。石墨烯与碳纳米管共掺的水泥基材料的电流矢量密度优于单掺。碳纳米管由于高的长径比,能够在水泥基体的导电网络中起到桥梁的作用。石墨烯和碳纳米管共掺入水泥基材料中,有效电阻率进一步下降,碳纳米管的掺量越大,电阻率越低。 (4)石墨烯和碳纳米管的存在导致水泥基复合材料的温度分布不均匀,加速了水泥基体内部的热传递。石墨烯和碳纳米管的排列方向与施加的热载荷方向一致时,增强体的热流密度最大。水泥基试件的温度场与电流密度之间具有同步性,电流密度集中的区域热量增加更为显著,温度越高。电流的焦耳热导致试件温度上升,引发材料的体积膨胀及相应的位移变形。

关键词： 分子动力学模拟   石墨烯   碳纳米管   扩散   吸附  

摘要： 天然气水合物因储量大、清洁、前景广阔等优势受到全球关注,安全可控地开发这一丰富资源,对于优化全球能源结构、保障世界能源需求具有重要意义。CO2置换开采法是天然气水合物研究领域极具前景的一个研究热点。以CO2和SO2为主要成分的烟气作为注入气,替代提取天然气水合物,不仅可以防止甲烷水合物在各种诱发因素的影响下无序分解而产生的温室效应,而且可以实现烟气以水合物的形式在海底的封存,是实现天然气水合物的安全开发、烟气的储存和储层的稳定三个方面的理想策略。 基于CO2和SO2的混合气体置换开采天然气水合物,本文主要研究水合物融化后混合物的吸附分离和运输。碳纳米材料具有高比表面积、可调控的孔径和结构、表面化学易修饰性、高吸附选择性以及可再生性等特点,已发展成为气体吸附、存储和分离的理想材料。根据材料的吸附选择性、吸附容量和稳定性,以及需要吸附分离的分子性质,本次模拟选择的吸附剂为石墨烯和碳纳米管。分子动力学模拟是研究吸附剂和被吸附物之间吸附和扩散微观机理的有效方法。本文主要采用分子动力学模拟,研究混合物在石墨烯和碳纳米管受限空间中的吸附分离过程,结果如下: （1）在是否存在石墨烯结构的两个体系中对比研究了温度和压强对混合物的吸附、扩散和局部结构的影响。虽然各组分都出现吸附在石墨烯表面的现象,但是SO2、CO2分子与石墨烯表面的吸附性更强,表现出优先吸附。在石墨烯吸附作用的影响下,各分子的扩散系数发生了巨大转变,扩散顺序由H2O>SO2>CO2>>CH4变为CH4>CO2>>H2O>SO2,CH4的扩散系数显著增加。275 K和1～10 MPa是本次模拟过程中CH4有效分离的最佳条件。对氢键数统计后发现石墨烯结构促进H2O分子间形成更多的氢键,增强了H2O分子结构的稳定性。 （2）在（1）模拟得到的最优条件275 K和10 MPa下,研究层间距和二氧化碳浓度对石墨烯层中混合物的吸附、扩散和局部结构的影响。各分子在石墨烯表面的吸附性随着层间距的增大而减弱。适当增大石墨烯的层间距后,分子的扩散有不同程度的增大,这有利于石墨烯层对CH4/CO2混合体系的吸附选择。5～10 nm的石墨烯层中各组分的扩散系数差异显著:CH4>CO2>>H2O>SO2。8 nm和10%～20%是在本次模拟层间距和浓度范围内混合物分离的最有效条件。此外,CH4与H2O的分相分布现象随着层间距的增大愈加明显,但过宽的层间距不利于CO2和H2O的聚集,却有利于H2O分子结构的稳定性。过高的二氧化碳浓度不利于CH4分子之间的相互聚集,同时也会导致CO2与H2O的聚集状态开始减弱。 （3）在前文对石墨烯吸附性探究的基础上,继续研究在不同二氧化碳浓度条件下,混合物在不同手性的碳纳米管模型中的吸附、扩散和局部结构的演变。四种组分都明显出现吸附在碳纳米管表面的现象,并且随着管直径的增大,吸附状态显著改变,不同分子随着直径的增大先后进入管内部并吸附在管内表面。因为碳纳米管的吸附性,CH4和CO2的扩散更容易受到手性的影响,而SO2和H2O的扩散变化较小,混合物中各组分的扩散系数差异较大,再次证明了碳纳米材料吸附分离的可行性。265 K、（5,5）和50%是在本次模拟温度、碳纳米管手性和浓度范围内碳纳米管吸附剂分离混合物的最佳条件。此外,较高的二氧化碳浓度不利于CH4自身的相互聚集,却有利于H2O分子结构的稳定性。CO2和SO2与H2O的聚集现象在管直径较大时减弱。过高的二氧化碳浓度不利于CO2与H2O的聚集,却促进了SO2与H2O之间的聚集。碳纳米管手性对H2O分子间氢键网络的影响较小。 综上所述,为了理解吸附和分离过程的微观机制,并确定理想的分离条件,研究碳纳米吸附剂对混合物吸附、扩散和局部结构的影响至关重要。本模拟工作取得的研究进展为碳纳米材料受限空间中混合物的吸附分离过程提供了理论基础,并为分离条件的选择提供一定的指导,对吸附材料和分离条件的选择需要进行多尺度的综合评估。因此,它可以应用于天然气水合物熔化后的分离和输送,特别是以CO2和SO2为主要成分的烟气作为注入气,替代提取天然气水合物,用于甲烷提取和烟气储存的技术。

关键词： 深共晶溶剂   石墨烯   剥离   润滑添加剂   摩擦学性能  

摘要： 随着高端机械设备的不断发展,工件的润滑面临着全新的挑战,因为这些设备通常在多变的工况下长时间运行。而在现代润滑技术中,高性能润滑添加剂的作用不容小觑,尽管在润滑剂中的含量微量,但是这些添加剂却能弥补潜在的性能不足,显著提升润滑剂的整体性能。在众多添加剂中,石墨烯以其卓越的性能脱颖而出,它不仅可以有效降低润滑系统的摩擦系数,还能通过形成一层保护膜来大幅增强材料的耐磨性,并减少摩擦表面间的直接接触,从而降低磨损和延长设备使用寿命。然而,石墨烯作为润滑添加剂在实际应用中仍面临不少挑战。本文以解决这些实际问题为出发点,重点研究了如何改进制备条件,开发绿色、高效的石墨烯剥离工艺,并进行可行性分析。此外,研究还深入探究了深共晶溶剂与石墨烯作为润滑油添加剂的应用潜力,以及在摩擦学性能方面的表现。这些研究对于推动石墨烯作为添加剂在高性能润滑领域的应用具有重要意义,有望为润滑技术的发展带来革命性的突破。具体研究内容如下: (1)使用氯化胆碱与乙二醇为原料制备合成深共晶溶剂,并将其作为石墨烯制备的插层剂。通过添加不同浓度膨胀石墨,在相同条件下优化产率最佳的剥离浓度,最终成功制备出石墨烯样品。利用X射线衍射仪对所制备石墨烯样品进行分析,确定其物相组成;扫描电镜观测表明石墨烯样品颗粒尺寸变小,堆叠现象减弱,团聚现象减小。使用原子力显微镜测量所制备石墨烯样品,可以确定其横向尺寸为274.4 nm,片层高度为1.714nm,石墨烯单层厚度为0.34nm,根据计算得出石墨烯约为4-5层。 (2)为了研究深共晶溶剂剥离石墨烯的机理,利用MS仿真软件,并通过分子动力学模拟方法进行了研究。选择石墨烯双层片层间距作为研究变量,探究深共晶溶剂剥离石墨烯的剥离机理。研究发现,在石墨片层间距较小时,深共晶溶剂会像“楔子”一样发挥作用,插入片层之间,减小其中的范德华力,进而实现石墨烯剥离的效果。同时,深共晶溶剂分子还会包裹在石墨烯片层周围,起到防止石墨烯团聚的作用,实现了有效的剥离效果。 (3)为了研究石墨烯样品与深共晶溶剂作为润滑油添加剂的性能,将它们与基础油混合,研究了不同浓度和载荷下的摩擦学性能。通过往复摩擦实验和磨痕表征分析,发现制备的复合润滑油在各个条件下都表现出优异的润滑性能。相比于单一的石墨烯或深共晶溶剂,复合润滑添加剂的摩擦学性能更加出色。当石墨烯添加浓度为0.05wt%和深共晶溶剂浓度为1.5wt%时,润滑效果最优。过高的浓度可能导致溶剂粒子团聚,反而影响摩擦性能。化学元素分析表明,在摩擦表面形成了减摩膜。其中深共晶溶剂在其中的化学成分为氧化铁、氧化亚铁、氯化铁等。深共晶溶剂与石墨烯形成类三明治结构,在摩擦过程中,深共晶溶剂形成化学减摩膜,石墨烯层状结构加强抗剪切强度,其协同作用为其在润滑油摩擦过程中减摩方面提供了巨大优势。 (4)使用分子动力学仿真计算,通过模拟计算从原子领域揭示深共晶溶剂/石墨烯润滑油的润滑机理。对添加不同添加剂的润滑油剪切模拟结果分析,发现深共晶溶剂/石墨烯同时添加时会获得更厚的类固膜、剪切强度降低最明显、吸附能增大。从而有效改善润滑减摩效果。

关键词： 固液复合润滑   碳粉   石墨烯   摩擦学性能   摩擦系数振动幅度  

摘要： 在工业生产中润滑油起着减少零件损耗和能量损耗的重要作用。但是润滑油特别是低粘度的润滑油在低速、重载工况下容易被从摩擦界面“挤出”,导致摩擦阻力增大。在润滑油中加入固体润滑材料构成“固液复合润滑”体系是解决该问题的有效手段。本课题以过滤真空阴极弧技术沉积非晶碳薄膜过程中累积于弯管中的废弃物——碳粉为固体润滑材料,以油酸为分散稳定剂,分别研究了对油酸和碳粉含量对固体复合润滑体系摩擦学性能的影响。此外,对比研究了碳粉与石墨烯添加对润滑油摩擦学性能的影响。得到了以下主要结论: (1)通过研究润滑油中油酸质量分数对摩擦系数的影响发现在相同的载荷和转速条件下,润滑油摩擦系数随着油酸的质量分数先增大后减小。且当油酸质量分数为3%时润滑油摩擦系数降低幅度最大,相较于基础油摩擦系数降低了27%。 (2)通过研究润滑油中的油酸含量对摩擦系数曲线振动幅度的影响发现摩擦系数的振动幅度会随着油酸质量分数的增加而减小。而摩擦系数曲线产生振动的原因是油膜局部破裂,这种现象被称为粘滑现象。摩擦速度较低时润滑状态处于边界润滑油膜厚度小容易发生破裂。所以摩擦系数曲线的振动幅度会随着转速的增加而降低。随着油酸质量分数的增加油膜厚度也会逐渐增加,所以摩擦系数曲线的振动幅度也会随之减小。 (3)以碳粉作为润滑油添加剂并分别向油酸质量分数为1%、2%、3%、5%的润滑油中添加质量分数为0.01%、0.02%、0.03%、0.05%的碳粉进行摩擦学实验,发现在油酸质量分数为1%-3%时随着碳粉质量分数的增加润滑油膜的承载能力和稳定性先增大后减小所以随着碳粉含量的增加摩擦系数先减小后增大;当油酸质量分数为5%时由于摩擦副之间的油膜厚度较大,所以随着碳粉含量的增加润滑油摩擦系数减小到0.076并稳定。 (4)通过对相同载荷、转速条件下润滑油摩擦曲线的振动幅度进行分析可以证明向润滑油中添加碳粉会增加润滑油膜的稳定性。此外通过分析碳粉质量分数对润油摩擦系数的影响可以发现当油酸质量分数为1%、2%时由于吸附在碳粉表面油酸较少,此时碳粉对润滑油摩擦系数的影响不明显。而油酸质量分数增加到3%、5%时,吸附在碳粉表面的油酸增多,所以此时碳粉对润滑油摩擦系数的影响更为明显。 (5)由于在上述实验中发现在油酸质量分数为3%时添加碳粉的摩擦系数相比于其他油酸质量分数的润滑油摩擦系数更低,所以向油酸质量分数为3%的润滑油中分别添加碳粉和石墨烯,并进行摩擦学实验对比两组润滑油摩擦的大小以比较相同质量分数的碳粉和石墨烯对润滑油摩擦系数影响效果。发现当石墨烯和碳粉的质量分数为0.01%、0.02%时,添加碳粉的润滑油摩擦系数低于添加石墨烯的润滑油的摩擦系数。当碳粉和石墨烯的质量分数增加到0.03%时,两组润滑油的摩擦系数基本相同。而当碳粉和石墨烯的质量分数增加到0.05%时,添加石墨烯的润滑油摩擦系数低于添加碳粉的润滑油。而通过对基础油和添加了质量分数为0.03%的石墨烯和碳粉的润滑油的基底磨痕进行分析,发现不论是添加碳粉还是石墨烯,都能减少基底的磨损率,且磨痕都比基础油的磨痕更加光滑。

关键词： 锂离子电池   石墨烯   石墨烯包覆二氧化硅颗粒   闪光焦耳热  

摘要： 二氧化硅具有较高的理论比容量,这使其成为广泛关注的锂电池负极材料。然而,硅在锂离子嵌入和脱嵌过程中会经历高达300%的体积膨胀,这种显著的体积变化导致电极材料的快速破碎和容量迅速衰减,严重限制了其在锂电池中的应用。通过引入石墨烯来包覆二氧化硅颗粒的方法可以有效缓解了上述问题。虽然石墨烯包覆层可以提高硅颗粒的导电性,但其自身的生产成本和工艺复杂性也是需要考虑的因素。石墨烯的高效生产和包覆工艺的开发仍是当前研究的重点,以确保复合材料的性能与成本之间达到最佳平衡。 基于此,本文通过闪光焦耳热制备石墨烯包覆二氧化硅颗粒来解决上述问题,研究内容如下: (1)首先随机选取18个样品分别按照不同闪热电压,不同初始电阻以及不同混样方式处理后,进行X射线衍射表征以确定产物构成。并根据表征结果确定合适实验参数。研究发现,初始电压/初始电阻通过控制峰值电流来对产物造成影响,调试出初始电阻1.1-1.3Ω,初始电压在120 V时,生成石墨烯包覆二氧化硅可能性更大,这位后续的研究提供支持。 (2)其次研究了当前驱体处理方式为简单球磨共混时,不同闪热电压,硅碳比例对闪热产物的影响。研究发现,通过调整样品硅碳比例可以影响原料接触面积及导电性从而对闪热产物造成影响,且可以成功制备石墨烯包覆二氧化硅颗粒,但样品间一致性较差。 (3)并进一步研究了当前驱体处理方式为以蔗糖为溶液的液相共混时,不同闪热电压,硅碳比例对闪热产物的影响。研究发现,以蔗糖为溶液混样时在可控性方面表现较差,无法有效控制产物中的二氧化硅比例,无法作为生产石墨烯包覆二氧化硅颗粒的常规方法。 (4)最后研究了当闪热载体从石英管换为碳布,液态碳源换为PMMA时,不同闪热电压对闪热产物的影响。研究发现,180 V电压处理300 ms的闪热产物为石墨烯包覆二氧化硅颗粒,并且不同样品间,闪热中电流电压变化一致性高,元素分布均匀,可以拓展为常规制备方法。

关键词： 石墨烯   气凝胶   应变传感器   超级电容器  

摘要： 随着智能便捷式可穿戴设备的普及,柔性应变传感器在智能皮肤、人体运动监测、生理监测和人机交互等领域得到广泛应用。与传统储能设备相比,超级电容器具有更高的能量密度、功率密度、使用寿命和循环周期,被视为下一代绿色清洁储能设备的潜在选择。石墨烯气凝胶因其独特的三维多孔网络结构,优秀的机械柔韧性和良好的导电性而被认为是下一代柔性应变传感器活性物质的理想材料。另一方面,三维多孔结构为其提供更高的比表面积,赋予了气凝胶更多的储能位点,有利于电荷的吸附和储存,因此被认为是潜在的超级电容器电极材料。本文以氧化石墨烯纳米片为基体,通过溶胶-凝胶法、热退火工艺和水热法等方法,成功制备了三种石墨烯气凝胶:多巴胺/聚苯胺/石墨烯气凝胶（GDPA）、多巴胺/纳米纤维素/石墨烯气凝胶（D-CNGA）和多巴胺/MXene/石墨烯气凝胶（NGA@MXene）。研究了不同功能材料对气凝胶微观结构和物理化学性质的调控作用,优化了气凝胶的力学性能、导电性能和电化学活性,并考察了这些气凝胶在柔性应变传感器和超级电容器中的应用情况。具体的研究内容和结果如下: （1）基于简单溶胶凝胶法,石墨烯为主体骨架,利用导电聚苯胺（PANI）和多巴胺（DA）化学交联,经凝胶成孔及冷冻干燥制备了GDPA气凝胶。表面富氨基DA与PANI在氢键作用下重塑交联并构筑了内部3D多孔网络。GDPA气凝胶具有低密度,多孔隙和良好柔韧性等优势。PANI和DA的引入有效防止了石墨烯纳米片在压缩形变过程中的滑移,而内部3D多孔网络也能有效耗散压缩能量,使气凝胶压缩强度达到67 k Pa。GDPA气凝胶厘米级的宏观块体和内部微米级的微孔和网孔,形成了独特的多级导电结构,也赋予了由GDPA-2气凝胶组装的柔性压阻传感器在25 k Pa的宽压力范围内具有1.61 k Pa-1的高灵敏度。同时,它还展现出低至40 ms的快速响应能力。将其用作可穿戴压力传感器可实现对人体关节弯曲、手势变化和喉结运动等日常生理活动信号的准确识别。此外,由GDPA-2气凝胶作为电极片活性材料组装成超级电容器,在0.5 m A cm-2的电流密度下,展现出面积比电容达到123.6 m F cm-2的优异性能。经过5000次充放电循环测试后,其仍保持了初始电容的80.7%。 （2）利用羧基化纳米纤维（CNF-C）用作支撑骨架,并结合DA化学交联,通过溶胶凝胶及冷冻干燥技术制备了轻质D-CNGA导电气凝胶。基于两种表面富羟基材料对石墨烯纳米片的双重强化作用协同构建了气凝胶内部的类叶片结构,实现了石墨烯复合气凝胶机械性能（73 k Pa）的大幅提升。D-CNGA导电气凝胶的内部微孔结构宏观无序而微观有序,且内部纳米纤维对孔壁具有由点及线再到面的支撑强化作用。其独特微观结构和可控导电性使得以D-CNGA-1.5气凝胶组装的柔性压阻传感器灵敏度高达1.63 k Pa-1,并在24.32 k Pa的宽压力范围内展现出良好的线性关系。它的最快响应时间为50 ms。由D-CNGA-1.5气凝胶组装的可穿戴压力传感器不仅能够实现对各种人体运动状态的实时监测,而且还能实现对声音的可视化。此外,基于D-CNGA-1.5制备的超级电容器在0.5 m A cm-2的电流密度下,其面积比电容达到224 m F cm-2。同时,在经过5000次充放电循环后仍然保持了初始电容的91.3%。 （3）通过水热还原GO并复合MXene和DA制备了NGA@MXene导电气凝胶。结合2D导电纳米片（MXene、r GO）和DA来构建内部多孔强化结构。基于材料彼此间共价键与非共价键相互作用实现了r GO与MXene纳米片间的强界面交联,并有效克服了2D纳米材料在压缩形变过程中易断裂和滑移的缺陷。相比于r GO气凝胶仅32 k Pa的压缩强度,多巴胺和MXene增强的NGA@MXene-3气凝胶的压缩强度骤增至70 k Pa。以NGA@MXene-3气凝胶组装的柔性压阻传感器灵敏度在25.5 k Pa的宽压力范围内高达1.42 k Pa-1。同时,它的最快响应时间为40 ms,并可用于实时监测各类人体日常活动和声音信号。此外,基于其制备的超级电容器在0.5m A cm-2的电流密度下,其面积比电容达到了485 m F cm-2。同时,在经过5000次充放电循环后仍然保持了初始电容的87.4%。

关键词： 氧化石墨烯   石墨烯气凝胶   三维结构   吸附性能   光电性能  

摘要： 石墨烯气凝胶作为一种新型功能材料。已经在多个特殊领域展现出广泛的应用价值,包括电容器、催化剂载体、吸附剂材料、传感器、柔性电子器件以及航空航天等领域,其多元化的应用为科技进步和产业发展注入了新的活力。然而缺乏一种通用的制备方法和标准化的性能评估体系,影响了石墨烯气凝胶之间的比较和应用。并且石墨烯片层在自组装的过程中容易发生聚集和叠加,在三维材料中难以发挥其固有的吸附性能、热学性能等。本文通过采用控制变量法,深入探讨了不同制备条件对石墨烯气凝胶结构和性能所产生的影响,旨在找出最宜的制备工艺条件,从而为后续实际应用提供更为精准的指导。在最宜制备工艺的基础上制备了两种具有不同性质的多功能石墨烯气凝胶,并分别探索了其在吸附领域和光电学领域的应用。 （1）采用石墨作为起始材料,本文成功制备了氧化石墨烯。随后,选用了氧化石墨烯作为前驱体,并以L-抗坏血酸作为还原剂,通过一步自组装的的化学还原法,成功地合成了石墨烯气凝胶。为了更深入地了解制备过程中的关键因素,本章系统地研究了氧化石墨烯（GO）的浓度、还原剂的用量、还原过程的时长以及还原温度对石墨烯气凝胶微观构造和性能的影响。经过详细的分析,确定了后续最适宜的实验条件组合:GO溶液的浓度应控制在4 mg/mL,GO与L-抗坏血酸（LAA）的质量比应为1:2,还原温度应设定为95℃,并且还原过程持续6 h。在确定了这些最为适宜的实验条件后,再次制备了石墨烯气凝胶,并进行了多种分析表征。通过这些表征,明确地发现,经过还原组装后得到的石墨烯气凝胶,其热稳定性得到了显著的增强。 （2）以氧化石墨烯、L-抗坏血酸、纳米纤维素、正硅酸乙酯、1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷为原料,通过简单的浸渍法制备了超疏水氟化纤维素-石墨烯复合气凝胶。纳米纤维素与氧化石墨烯之间展现出了强烈的氢键相互作用机制,比表面积增大,从而提高了气凝胶的吸附能力,FCGA-3.5对多种油品及有机溶剂的吸附能力是其自身重量的28～37倍;经过10次吸附脱附循环之后,可回收稳定性可以达到99.9%,具有良好的吸附循环使用性。TEOS和PFDMS中硅烷基团的存在使气凝胶的接触角高达153.3°,具有超疏水性;并提高了石墨烯复合气凝胶的弹性,该气凝胶能承受自身重量的2400倍,在放压力后能完全恢复原始高度;FCGA-3.5在经过10次50%应变循环压缩测试之后,材料的最大应力依然保留了88%以上。 （3）以氧化石墨烯、L-抗坏血酸、铜纳米线、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为原料,制备了一种石墨烯-Cu@AMPS混合气凝胶复合相变材料。铜纳米线的引入,增强了复合材料导热性同时,利用铜纳米线外壳上的磺酸基使其能够均匀的分散在气凝胶中,从而构成了更加完整的导热网络。最高热导率达2.01 W/（m·K）,比纯PW热导率提高了7倍之多。热导率的增加提高了热传导效率,从而提高了相变材料的热稳定性,石蜡的开始分解温度由191.35℃提高到215℃。复合相变材料可以表现出高达99.56%和98.79%的熔融焓和结晶焓效率。循环熔融焓和结晶焓的损失百分比分别仅为0.49%和0.53%,依然保持高潜热焓效率。高能量储存能力和优异热导率赋予复合相变材料出色的太阳能光-热-电转换效率。PW-CuNWs@PAMPS-GA（1:1）实现了有效的热能储存,光热转换效率达95.4%,即使在停止太阳光照射后,依然可以通过释放储存在相变复合材料中的热能,保持一段时间的电压输出。此外,电磁屏蔽能力也被应用于一些特殊应用中,除了气凝胶内部结构以吸收衰减为主的电磁屏蔽外,核壳包覆结构的铜纳米线提供了新的反射机制,平均SET达到了60.09 dB,即使在3个月后,其屏蔽性能未见明显衰减,为现代电子领域提供了参考。