关键词： 钾离子电池   负极   石墨烯   微波还原   界面  

摘要： 石墨作为锂离子电池的商业阳极材料,由于其高丰度、低成本和低电位的优势,在K离子电池中也显示出了的巨大潜力。然而,K离子半径(0.138 nm)大于Li离子半径(0.076 nm),会造成的明显结构损伤导致明显的容量衰减和不稳定的循环寿命。在这里,我们用简单有效的微波方法通过石墨烯涂层设计了石墨阳极的稳定界面。微波还原可以在10 s内有效地去除氧化石墨烯的氧基,这一点得到了X射线光电子能谱(XPS)的证实。石墨烯涂层不仅可以缓冲石墨的体积膨胀以抑制结构崩溃,还可以加速电子传输以提高倍率性能。石墨烯涂层负极(GCG)在3000次循环后表现出262 m Ah·g^(-1)的超级循环稳定性。与石墨相比GCG的倍率性能也更加优异(500 m A·g^(-1)的电流密度下容量为161.2 m Ah·g^(-1))。相反,在相同的电流密度下,石墨的容量在150次循环后衰减到小于150m Ah·g^(-1)。进一步的电化学阻抗(EIS)和恒电流间歇滴定(GITT)测试表明,与石墨相比,GCG表现出更快的电导率和离子扩散。循环后的拉曼光谱、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)图像验证了石墨烯作为缓冲界面有利于电极结构的完整性和固体电解质膜(SEI)的稳定性。这项工作为钾离子电池的大规模应用提供了新的希望。

关键词： 金属-陶瓷基   石墨烯片增强   旋转圆柱壳   Halpin-Tsai模型   传递矩阵法   行波振动  

摘要： 采用Halpin-Tsai微观力学模型和传递矩阵方法,开展了旋转态双功能梯度石墨烯片增强复合材料圆柱壳体的行波振动特性研究。描述了金属-陶瓷功能梯度基体和5种石墨烯片分布模式的材料属性,基于Love壳理论和传递矩阵方法,考虑转速影响推导了任一截面状态向量的常微分方程和整体传递矩阵关系。以固支-自由(悬臂)边界条件为主,对动力学微分方程进行求解计算,验证了分析方法的合理性。结果表明:低阶模态以轴向半波数为1和周向模态的振动为主,转速引起的科氏力使行波曲线出现分离现象;行波频率随着石墨烯质量分数的增加而增大,分布模式对振型顺序的影响较小,基体体积分数指数对振动特性的影响较大,而石墨烯片层数对振动特性的影响很小,不同倍频激励对共振特性的影响不同。

关键词： 柔性传感器   数值模拟   电场   超弹性材料   接触模型  

摘要： 为满足智能机器人、电子皮肤等领域对柔性传感器高灵敏度日益增加的需求,通过设计高表面积形貌以制备石墨烯凸台微织构柔性传感器,并对比分析有无微织构传感器的灵敏度;基于结构力学方程与静电方程,建立微织构柔性传感器模型,开展了电场作用不同基底厚度以及微织构间距下柔性传感器微织构应变的数值模拟,研究柔性压阻传感器微织构压缩应变机制,探寻机械载荷和电载荷的交互作用关系。结果表明,柔性基底的微织构化处理能有效提高柔性压阻传感器的灵敏度。模型总位移的最大值随基底厚度的增加呈非线性增加,微织构应变随着厚度的增加而减小。电场作用下微织构应变受机电耦合压力叠加的影响均大于无电场作用。框状微织构类似于悬臂梁,作用在微织构上的力矩随间距增加而增大,同时刚度减小,微织构的压缩形变增加,应变增大。组合尺寸微织构的应变随着微织构间距的增加而增大,制备多尺寸微结构传感器可使用(150+350)μm的组合尺寸,能够有效增加接触面积提高传感器灵敏度。机械载荷和电载荷的耦合作用,组合尺寸对力矩与刚度的分配有效增加了基底的应变,提高了柔性传感器的灵敏度。

关键词： 橡胶复合材料   纳米填料   石墨烯   机电性能   聚合物链   橡胶基体   高耐久性   高表面积  

摘要： 新一代橡胶复合材料需要不断满足高机电性能、最佳刚性、高屈挠性和高耐久性的要求.为了满足这些需求,常常使用碳同素异形体纳米填料,如一维(1GD)碳纳米管(CNT)、2GD石墨烯(GE)、3GD几层石墨烯(FLG)或3GD多层石墨烯(MLG).其中,CNT、GE或MLG常在橡胶复合材料工业中用作纳米填料.CNT和MLG具有高表面积(>250m2/g),有助于为纳米填料与橡胶基体中聚合物链相互作用提供高界面面积.在橡胶复合材料中使用CNT和MLG的另一个关键目标是其高的力学性能和电性能能够改善整体性能.此外,聚合物G填料的相容性对填料在橡胶基体中的分散有重要影响,影响着橡胶复合材料的性能.

关键词： 氧化石墨烯(GO)   金属离子   吸附机制   密度泛函  

摘要： 肺癌在世界上出现频率增多,治疗肺癌的办法很多。而利用铁死亡治疗肺癌这种办法难以发挥效果。这主要是因为进入肺部的二价亚铁离子,会被肺部大量的氧气给氧化,使得真正抵达肺癌治疗靶细胞上的亚铁离子很少。如何高效输送二价亚铁离子是一大技术难题,给亚铁离子选择一种好的载体就是一种高效方便的解决办法。实验发现利用纳米材料作为载体,能显著增加细胞内游离铁的含量。本课题用量子化学的方法,通过研究氧化石墨烯与亚铁离子的水合配合物稳定性以及结构特征来探索纳米碳炭载体对亚铁离子吸附的能力。结果表明自旋为5时的结构最稳定,符合铁的高自旋。

关键词： 氧化石墨烯   SBS改性沥青   常规性能   流变性能   老化性能  

摘要： 为研究氧化石墨烯用量对于SBS改性沥青性能的影响,采用三大指标和存储稳定性试验分析复合改性沥青的常规性能,并利用动态剪切流变仪和低温小梁弯曲流变仪分析复合改性沥青的高温和低温流变性能,最后采用短期老化和长期老化评价其耐老化性能。试验结果表明,掺入GO可改善SBS改性沥青的黏稠性、温度敏感性和低温延展性,并提高其储存稳定性;在相同温度下,掺入一定量GO可明显增强其高温抗变形和抗车辙能力,但同时降低了低温应力松弛能力和抗开裂能力;无论短期老化还是长期老化,掺入GO后均可以降低SBS改性沥青的老化程度,改善其耐老化性能。综合改善效果和经济性,其GO用量建议不高于0.5%。

关键词： 石墨烯/钡铁氧体   吸波   综合实验  

摘要： 电磁波污染已经严重威胁到信息安全和人体的健康,微波吸收材料被认为是解决电磁波污染问题最可行的措施之一。通过水热法获取氧化石墨烯/钡铁氧体纳米复合物,利用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜、振动样品磁强计和矢量网络分析仪等分析技术对所制备的材料进行了表征。结果显示,当复合材料的厚度为2 mm时,其有效带宽可达6.8 GHz,当频率在12.64 GHz时,反射损耗最小为-41.66 dB。通过此综合实验设计,从实验的角度对纳米复合材料吸波机理进行了研究,有助于提高学生的科研兴趣,启发学生创新思维。

关键词： 开发权   美国能源部   碳纳米片   基础设施   国防事业   专利工艺   石墨烯   汽车电池  

摘要： Ramaco Resources公司正式获得美国能源部国家能源技术实验室(NETL)煤制产品专利技术的商业开发权。该专利工艺可将煤炭和与煤炭相关的采矿废料转化为高质量、经济实惠的石墨烯,可用于汽车电池、建筑、基础设施材料以及各种消费品。这种碳纳米片对国民经济和国防事业的战略重要性与日俱增,石墨是实验室制造碳纳米片的替代材料。

关键词： 沥青质   碳纤维   活性炭   石墨烯   碳纳米管   废物利用   衍生新型碳材料   研究进展  

摘要： 沥青质是原油中最重的组分,是一种年产量约百万吨的低成本炼油副产品。沥青质具有高分子量、高含碳量、高芳香度的特点,同时非常易于交联和聚合,是生产新型碳材料如碳纤维、活性炭、石墨烯和碳纳米管的潜在材料。然而,沥青质目前几乎没有真正的市场应用价值,除了部分被用作铺路材料外,通常作为炼油副产品被当作废物处理掉,不仅造成了巨大的资源浪费,而且对环境造成了严重的损害。在循环经济和碳中和的背景下,如何创新沥青质材料的应用,变废为宝,成为急需解决的问题。综述了沥青质基新型碳材料的研究现状,讨论了沥青质作为生产新型碳材料原料存在的优势和困难。最后,对沥青质基新型碳材料大规模生产的未来研究方向进行了展望,为沥青质高价值的利用提供了解决方案,有助于推动其工业化大规模应用。

关键词： 石墨烯   二氧化碳还原   电催化   纳米材料   可再生能源  

摘要： 通过电化学方法来减少二氧化碳(CO_(2)),同时生产燃料和高附加值化学品,是一种克服全球变暖问题的有效策略,对于缓解能源和环境的双重压力具有重要的现实意义。由于CO_(2)稳定的分子结构,设计高选择性、高能效和低成本的电催化剂是关键。石墨烯及其衍生物因其独特且优异的物理、力学和电学性能,相对较低的成本,使其在CO_(2)电还原方面具有竞争力。此外,石墨烯基材料的表面可以通过使用不同的方法进行改性,包括掺杂、缺陷工程、构建复合结构和包覆形状。首先,本文综述了电化学CO_(2)还原的基本概念、评价标准,以及催化原理和过程。其次,简要介绍了石墨烯基催化剂的制备方法,并按照催化位点的类别,总结了石墨烯基催化剂近年来的研究进展。最后,对CO_(2)电还原技术未来发展方向进行了探讨与展望。