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。

关键词： 氧化石墨烯   超平面透镜   多波长色散调控   逆向设计   改进遗传算法  

摘要： 纳米光学成像技术是现代光学成像系统和光学测量系统的主要手段之一,但是传统宽波段消色差超透镜随着工作波长数量的增加而引入的单元结构复杂度骤增、成像效率降低、聚焦分辨力降低等问题,限制了高性能、集成化微型光学系统的发展。氧化石墨烯是一种具有高折射率和高透射率的二维材料,通过激光直写技术将氧化石墨烯的特定区域热还原为还原氧化石墨烯,其材料的光学性能发生改变,因此可以制作成氧化石墨烯超薄平面透镜。针对氧化石墨烯透镜的离散波长色散问题,提出了一种基于改进遗传算法的氧化石墨烯透镜逆向设计方法。通过设置遗传算法的优化目标,引入目标函数的惩罚因子,对透镜结构进行目标性优化,可以设计出能够对离散波长进行单一焦点等强度聚焦的氧化石墨烯透镜。使用真空过滤法和飞秒激光直写技术加工了所设计的氧化石墨烯透镜(厚度约200 nm),并对其聚焦特性进行了表征。实验结果表明,该透镜可对450、550以及650 nm入射波长进行出色的色散调控,与预设焦距的最大偏差仅为2.23%。该透镜对工作波长的焦点平均径向半峰全宽为324.3 nm,可以达到超衍射极限聚焦。该设计方法为需要高分辨率、宽波段色散控制的微型光学系统提供了新的可能。

关键词： 二硫化钼   石墨烯   分散液   一步法  

摘要： 针对传统两步法制备石墨烯/二硫化钼分散液过程繁琐的问题,提出了一种创新的一步法。该方法简化了制备流程,提高了分散液浓度,并有效解决了二硫化钼纳米片易团聚且导电性差的问题。采用X射线衍射(XRD)对分散液进行定性分析,使用紫外可见光谱(UV-Vis)以浓度为指标,筛选出最优工艺参数。实验结果表明,最佳制备条件为石墨粉与块状二硫化钼的投料质量比为1:1.5,Na_(2)SO_(4)溶液浓度16%,施加电流20 mA,空气流量0.35 L/min,反应时间1.5 h。在最优工艺下,所制备的石墨烯/二硫化钼分散液浓度高于传统两步法制备出的分散液的最高浓度,且其电导率相比同条件下制备的二硫化钼分散液提升了19倍,是传统两步法制备出的石墨烯/二硫化钼分散液电导率的3.33倍。本文所述一步法具有高效、绿色、制备条件温和等优点,同时为其他二维纳米材料的防团聚提供了新思路。

关键词： 磁性氧化石墨烯   海水淡化   硼吸附   响应面   多元线性回归  

摘要： 采用化学共沉淀法制备了一种磁性氧化石墨烯纳米复合材料GO/Fe_(3)O_(4),用于去除水中硼离子,采用红外光谱仪和X射线衍射仪对复合材料结构进行了表征,采用响应面模型研究了pH值、吸附剂用量和吸附时间对硼去除效率的影响。结果表明,上述3个影响因素对硼的去除效率影响显著,除了吸附时间的平方项外,其余交互项和平方项对硼的去除效率影响显著。GO/Fe_(3)O_(4)重复吸附10次后,硼去除效率从94%降低到了92%,下降幅度小于3%,表现出优秀的可重复利用性。硼吸附的最优条件为:pH值为7.49,吸附剂用量为80.46 mg,吸附时间为34.24min,此时硼去除效率最高为97.27%,与实验值97.73%极为接近。当水中有K^(+)、Na^(+)、Mg^(2+)、Ca^(2+)、Mn^(2+)、Cl^(-)、CO_(3)^(2-)、SO_(4)^(2-)共存离子时,硼去除效率依然在93%以上。

关键词： 硫掺杂石墨烯   氧还原反应   微生物燃料电池  

摘要： 通过水热法将硫原子掺杂到石墨烯结构中,利用单室反应器装置搭建微生物燃料电池(MFC)。采用硫掺杂石墨烯(S-rGO)、活性炭(AC)和炭黑(CB)作为阴极催化剂,选用不同的比例进行混合。发现m(AC)∶m(CB)∶m(S-rGO)为1∶0.25∶0.075时,MFC反应器表现出最佳性能,最大输出电压为295 mV,功率密度为256 mW/cm^(2)。此外,S-rGO的极限电流密度为3.46 mA/cm^(2),高于rGO(3.22 mA/cm^(2)),表明S-rGO具有优异的电化学性能和稳定性。应对有机物冲击方面,S-rGO修饰的MFC能够提高污水的COD和TN的去除,相较于rGO,分别提升了2.5%和5.0%。因此,S-rGO是一种高效、稳定的MFC阴极催化剂,不仅能够提高MFC的电能转化效率,还能够提高MFC的污水处理能力,具有广阔的应用前景。

关键词： 氧化石墨烯   羟基磷灰石   复合涂层   巨噬细胞   钛合金   电沉积化  

摘要： 背景:纯钛种植体植入机体后存在骨融合失败或者种植体周围感染等问题,因此对钛种植体表面进行改良已成研究的热门话题。巨噬细胞是机体应对外界刺激的一道免疫防线,任何生物材料植入体内后的相关免疫反应均与巨噬细胞相关。目的:采用电化学沉积法在纯钛片表面制备氧化石墨烯/羟基磷灰石复合涂层,分析涂层的表面特征及对RAW264.7巨噬细胞生长、极化的影响。方法:采用电化学沉积法在纯钛片表面分别制备单纯氧化石墨烯涂层、氧化石墨烯/羟基磷灰石复合涂层,表征涂层的物理性能。将纯钛片(空白组)、沉积单纯氧化石墨烯涂层的钛片(对照组)、沉积氧化石墨烯/羟基磷灰石复合涂层的钛片(实验组)分别与RAW264.7巨噬细胞共培养,采用CCK-8法、DAPI染色检测细胞增殖,扫描电镜观察细胞在钛片表面的黏附,流式细胞仪检测细胞极化表型。结果与结论:(1)扫描电镜下可见纯钛片有定向划痕与少量点状凹陷;沉积单纯氧化石墨烯涂层后,钛片表面可见较多裂纹沟壑和大小不均匀的颗粒状物,以及氧化石墨烯特征的褶皱样结构;沉积复合涂层后,钛片表面较光滑,可见团状颗粒,颗粒大小较为均匀。沉积复合涂层钛片的水接触接角小于纯钛片、沉积单纯氧化石墨烯涂层的钛片(P <0.05)。(2)CCK-8检测与DAPI染色显示,相较于空白组、对照组,实验组细胞增殖更快。扫描电镜下可见RAW264.7细胞均黏附于3组钛片表面,随着培养时间的延长细胞形态发生改变,由圆形向梭形转变,至培养7 d时,空白组细胞伸出的伪足短而少,对照组细胞伸出长而多的伪足,实验组细胞伸出短而多的伪足,并且实验组细胞整体饱满度最优。流式细胞仪检测显示,实验组细胞更高比例向抗炎方向M2型极化。(3)结果表明,氧化石墨烯/羟基磷灰石复合涂层具有良好的理化性能及生物学性能。

关键词： 氮掺杂石墨烯量子点   二硫苏糖醇   铜纳米颗粒   铜离子   比率型荧光探针  

摘要： 以柠檬酸和尿素为前驱体,通过一步水热法合成了发射蓝光(445 nm)的氮掺杂石墨烯量子点(N-GQDs);通过与含有巯基(-SH)的二硫苏糖醇(DTT)直接混合,构建了比率型检测铜离子(Cu^(2+))的复合荧光探针体系N-GQDs/DTT。当向该复合探针体系中加入目标分析物Cu^(2+)时,一方面,基于静态猝灭效应,N-GQDs于445 nm处的荧光强度逐渐降低;另一方面,由于-SH与Cu^(2+)的强键合作用,DTT与Cu^(2+)立即发生原位反应生成发射红光(666 nm)的铜纳米颗粒(DTT-Cu NPs),且666 nm处的荧光强度逐渐增加。666 nm及445 nm处荧光强度的比值(F_(666)/F_(445))与加入的Cu^(2+)浓度分别在1~20μmol/L和20~360μmol/L范围内呈线性,线性拟合方程分别为y=0.00558x+0.00992(R^(2)=0.998)和y=0.00262x+0.0855(R^(2)=0.996)。据此实现了Cu^(2+)的比率型检测,检出限为0.05μmol/L。

关键词： 石墨烯   过氧化氢   循环伏安法   电流安培检测   电催化还原  

摘要： 首先采用电还原技术得到石墨烯电极,然后采用恒电位沉积法将铂金属纳米颗粒附着在石墨烯表面制得Pt/石墨烯复合物电极,最后利用循环伏安法探究Pt/石墨烯复合物电极对H_(2)O_(2)的电催化还原性能.结果表明,基于pt纳米微粒和石墨烯材料之间存在良好的协同作用,该电极对H_(2)O_(2)表现出优异的电催化还原活性,在0.2~2 mmol·L^(-1)范围内,响应电流与其浓度之间的线性良好,实现了对H_(2)O_(2)的灵敏、定量检测.该Pt/石墨烯复合物电极可用作检测H_(2)O_(2)的传感平台.

关键词： 硅酸银   二氧化硅   氧化石墨烯   稳定性   光催化  

摘要： Ag_(10)Si_(4)O_(13)因具备适配可见光响应的能带结构和促进光生载流子分离的内建电场而成为备受关注的新型光催化剂之一。但光催化使役过程中,Ag_(10)Si_(4)O_(13)中Ag^(+)易被光电子还原而累积Ag单质,影响光催化体系循环稳定性。氧化石墨烯(GO)能有效转移光生电子,而无定形SiO_(2)可抑制离子扩散浸出,有望减缓Ag_(10)Si_(4)O_(13)的光还原。本工作基于溶胶–凝胶体系制备不同无定形SiO_(2)添加量的x%SiO_(2)/Ag_(10)Si_(4)O_(13)/GO (SAG)复合材料,探究无定形SiO_(2)添加量对晶体结构、形貌及光电化学性能的影响机制;继而以亚甲基蓝(MB)为目标物研究无定形SiO_(2)添加量对暗光吸附性能、可见光下光催化活性和循环降解稳定性的影响。结果表明:无定形SiO_(2)的引入可大幅提升Ag_(10)Si_(4)O_(13)/GO基底的抗光还原能力,拓宽光响应范围、提升对MB的吸附性能;但无定形SiO_(2)会一定程度抑制光生载流子的迁移,加速光生电子–空穴对的复合,因此复合体系光催化降解效率随引入量SiO_(2)增加呈现先增后降趋势,其中1%(质量分数) SiO_(2)/Ag_(10)Si_(4)O_(13)/GO (样品SAG-1)可见光条件下下40 min降解率可达99%并展现了良好的循环稳定性,5次循环之后材料晶体结构趋于稳定,降解率仍能达到97%。

关键词： 气体绝缘设备(GIE)在线监测   SF_(6)分解组分   光纤气体传感   表面涂覆   气体检测   微纳光纤(MNF)  

摘要： 准确有效监测气体绝缘设备(gas insulated equipment,GIE)内部SF_(6)分解组分对设备故障诊断及状态评估具有重要意义。但现有外置检测方法受采样点和设备内组分扩散速率限制,难以精确掌握设备内组分浓度。为此,文中提出一种基于表面涂覆微纳光纤(micro/nano fiber,MNF)的SF_(6)分解组分SO_(2)检测方法,具有应用于GIE内置光纤传感在线监测的潜力。基于密度泛函理论分析石墨烯的光学气敏响应性能,搭建光纤环形腔衰荡(fiber-loop ringdown,FLRD)气体检测系统,开展典型SF_(6)分解组分检测实验。仿真结果表明,石墨烯在吸附SO_(2)气体分子后,光学特性变化较为显著,说明其对SO_(2)具有良好的光学气敏响应性能。实验结果同样发现,该气体检测系统可实现常温下低浓度的SO_(2)气体检测,在0~200μL/L浓度范围内呈现良好的线性关系,SO_(2)检测最大相对误差为4.89%,灵敏度为0.81 ns/(μL·L^(−1));而增加光纤放大器可以有效提升检测性能,系统灵敏度达到1.24 ns/(μL·L^(−1))。文中所提检测方法为GIE内置式光纤传感在线监测SF_(6)分解组分提供了一种新的思路。