关键词： 双电层   石墨烯   褶皱   恒电势模拟方法  

摘要： 石墨烯因其出色的比表面积和单层结构而被广泛认为是一种理想的电极材料.然而,实验制备的石墨烯常因官能团、缺陷和位错的引入而出现褶皱和变形.针对这一问题,本文构建了一系列具有不同幅度褶皱(a=0~6.6?)的石墨烯片,并运用分子动力学模拟来研究这些褶皱石墨烯表面的双电层结构.本研究旨在探讨不同褶皱高度和充电状态下双电层的变化规律,及其与超级电容器储能性能之间的关系.研究发现,褶皱石墨烯模型内部的离子浓度随电压的增加呈现多峰层状分布,而表面离子浓度与施加的电压正相关.此外,石墨烯的褶皱结构能够减少离子和水对电极电压响应的敏感性.在不同电压条件下,褶皱型石墨烯结构的面积比电容(C_A)始终高于其平面对应区域,突出了其在提升双电层储能性能上的优势.本研究揭示了石墨烯褶皱结构在调节离子分布、降低电压敏感性,以及增强电化学储能性能方面的特有作用机制.

关键词： bioinspired   flexible pressure sensor   graphene   ultra-high sensitivity   wide detection range  

摘要： 柔性压力传感器在智能可穿戴设备、电子皮肤和健康监测领域展示出巨大的应用潜力.然而,柔性传感材料具有快速响应饱和及高黏弹性会导致灵敏度降低和响应迟滞的增加,限制了传感器的实际应用.因此,实现具有高灵敏度和宽检测范围的柔性压力传感器仍然是一个巨大挑战.在本研究中,受人体皮肤力敏传感机理和生理结构的启发,提出了一种灵活、低成本的制造方法用于制造基于石墨烯/PDMS复合材料的高性能压阻式压力传感器.结果表明,所制备的传感器具有超高灵敏度(321 kPa-1)、宽检测范围（0.01–1000 kPa）、快速响应时间（29 ms）和超过5000次循环的稳定性.此外,成功的检测和应用表明所研究的传感器在健康监测、人机交互和智能机器人感知等领域具有广阔的应用前景.

关键词： 水泥砂浆   氧化石墨烯掺量   干湿循环   抗侵蚀性能  

摘要： 为提升水泥砂浆耐久性能，文中通过干湿循环试验分析氧化石墨烯掺量对水泥砂浆抗氯盐侵蚀性能的影响。结果表明，氯离子浓度与减小幅度均随氧化石墨烯掺量的增加先降低后增加，峰值为氧化石墨掺量为0.06%的位置；氧化石墨烯水泥砂浆自由氯离子浓度低于普通水泥砂浆；随着氧化龄期延长，氧化石墨烯水泥砂浆的抗氯离子侵蚀性以及变化幅度均有所降低。随着深度的增加，氧化石墨烯水泥砂浆自由氯离子浓度表现出先快速降低最后略有增加后平稳(超过17.5 mm)的规律；护龄期越长，水泥砂浆自由氯离子浓度值增加，但随深度降低速率降低。综上，确定最佳的氧化石墨烯掺量为0.6%。

关键词： 铝基复合材料   碳纳米管   石墨烯   界面   强化  

摘要： 碳纳米管（Carbon nanotube,CNT）和石墨烯纳米片（Graphene nanoplatelets,GNP）等纳米碳材料具有超高的强度和模量、优异的导热与导电性能，是高性能铝基复合材料的理想增强体。然而，纳米碳与铝的润湿性差，高温下界面反应易生成脆性的Al4C3，损伤纳米碳，不仅限制增强效果，还会恶化复合材料强韧性，因此调控界面反应与界面结合、协同提升强韧性成为纳米碳/铝复合材料研究的关键。本文在界面结合机制分析的基础上，从纳米碳表面改性和复合工艺优化等方面综述了界面的调控研究及效果，随后总结了CNT和GNP的多维网络强化及与陶瓷颗粒混合强化的研究，期望通过CNT和GNP及与陶瓷颗粒的增强网络设计，进一步提升纳米碳/铝复合材料的强韧性。

关键词： M_(2)N_(6)-Gra   NO_(2)吸附   密度泛函理论  

摘要： NO_(2)是空气污染物的主要成分之一,设计和开发高效的气敏传感器对NO_(2)进行检测具有重要意义.本工作利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法对不同过渡金属原子形成的金属二聚体和氮共掺杂石墨烯(Gra)M_(2)N_(6)-Gra(M=Cr-Cu)的NO_(2)吸附特性进行了研究.结果表明,NO_(2)分子与M_(2)N_(6)-Gra之间均存在明显的化学吸附作用.其中,Ni_(2)N_(6)-Gra和Cu_(2)N_(6)-Gra体系具备较为适中的恢复时间(分别约为5秒和14分钟),这意味着这两个体系是开发新型NO_(2)气敏材料的潜在候选者.其它体系(M_(2)N_(6)-Gra,M=Cr-Co)强的吸附作用导致恢复时间过长,从而使得它们不适合作为NO_(2)气敏材料.这一研究不仅有望为设计和开发性能优异的新型NO_(2)气敏材料提供有益理论指导,还将有益于人们深入认识M_(2)N_(6)-Gra材料的NO_(2)电催化合成NO或NH 3性能.

关键词： 邻苯二酚   石墨炔/石墨烯   异质结构   协同催化   电化学传感  

摘要： 邻苯二酚（CC）是高毒性的酚类污染物，对其灵敏检测对于环境监测具有重要意义。本研究以石墨烯（GR）为模板制备了石墨炔/石墨烯（GDY/GR）异质材料，作为检测CC的高性能电化学传感材料。GR在GDY生长过程中具有外延模板的作用。电化学实验结果表明，GDY/GR修饰的玻碳电极（GCE）对CC表现出优异的电化学响应，线性范围为1～900μmol/L，检出限低至0.11μmol/L。同时，GDY/GR/GCE还具有良好的抗干扰能力、稳定性和重复性。将GDY/GR/GCE用于实际水样中CC的检测，检测结果与高效液相色谱法测定结果一致，表明本方法在环境监测方面具有良好的实际应用潜力。

关键词： 氧化石墨烯   气凝胶   孔雀石绿   铬离子  

摘要： 三维石墨烯气凝胶的分层多孔结构使其具有较高比表面积和极高孔隙率从而提升了其吸附效率及光催化降解污染物性能，对水质净化具有潜在的应用空间。本研究通过水热还原结合冷冻干燥技术制备不同吡咯添加量的聚吡咯/石墨烯气凝胶复合材料，探究了该气凝胶对水体中孔雀石绿、重金属六价铬离子的吸附性能及光催化性能。研究结果表明：聚吡咯/石墨烯气凝胶复合材料对孔雀石绿、六价铬的去除率都高达91%以上。本研究制备出的三维聚吡咯/石墨烯气凝胶复合材料具有较好的吸附和光催化性能，对于提高污染物及重金属离子去除效率具有参考意义。

关键词： 五边形石墨烯   变形破坏机理   分子动力学  

摘要： 五边形石墨烯是一种完全由碳五元环组成的准二维的亚稳态碳结构,在不同载荷作用下其变形破坏机理仍需进一步研究.本文基于ReaxFF反应力场采用分子动力学方法模拟研究了五边形石墨烯的拉伸、剪切和纳米压痕破坏过程,得到了五边形石墨烯的拉伸和剪切应力-应变曲线以及压入载荷-位移曲线,系统分析了五边形石墨烯的变形破坏机理,并验证了五边形石墨烯在不同载荷作用下是否表现出塑性变形特征的一致性问题.研究结果表明,通过拉伸或纳米压入等不同加载方式均可准确测出五边形石墨烯的本征力学性能参数,其杨氏模量265.4~285.1 N/m,与第一性原理计算结果一致.研究还发现,五边形石墨烯在拉伸、剪切和纳米压痕过程中均会出现不可逆的塑性变形特征,而引起塑性变形的原因是由于不可逆的碳五元环向碳多元环结构的转变.以上研究结果可为基于五边形石墨烯的微/纳米机电系统的实际应用提供重要指导.

关键词： 锯齿状石墨烯纳米带   TCNQ分子   自旋输运性质   自旋过滤效应  

摘要： 本文采用密度泛函理论和非格林平衡函数,对基于石墨烯电极的7,7,8,8-四氰基苯醌二甲烷(Tetracyanoquinodimethane,TCNQ)分子结热/电输运性质进行系统研究.研究结果表明:随着中心TCNQ分子个数的增加,声子透射系数明显降低,即声子透射行为受到极大抑制.与此同时,电子透射系数也有一定程度的减小.在热/电参数的协同作用下,伴随分子数量的增加分子结热电转换性能呈上升趋势,1TCNQ热电优值(ZT)为0.016,而2TCNQ则上升了1个数量级,ZT值达到0.11.最后,我们对分子结依赖于分子结构个数的自旋输运性质进行研究,发现TCNQ分子结具有显著的自旋过滤效应,其过滤能力随着TCNQ分子数量的增加而增加.该工作可为实验制备分子热电器件提供理论依据和数据支持.

关键词： 壳聚糖   氧化石墨烯   药物载体   伤口敷料   组织工程支架   吸附   食品保鲜  

摘要： 壳聚糖(CS)是具有良好生物相容性、可生物降解、无毒、抗菌等优点的天然碱性多糖，但CS材料力学性能较差、遇水易水解。氧化石墨烯(GO)具有较大的比表面积和良好的生物相容性、稳定性，能与其他材料结合制备出性能更优异的复合材料。将CS与GO进行复合，实现优势互补，可以得到兼具优异力学性能、生物活性和生物相容性的壳聚糖/氧化石墨烯(CS/GO)复合材料，CS/GO复合材料可以制备成水凝胶、纳米颗粒、薄膜、多孔材料等形式，这使CS/GO复合材料在环保、食品、医用等领域具有良好的应用前景。本文综述了CS/GO复合材料在药物载体、伤口敷料、组织工程支架、污染物吸附、食品保鲜5个方面的研究现状，并对CS/GO复合材料未来研究方向进行展望。