关键词： 石墨烯   过渡双金属硫化物   三聚氰胺泡沫   超级电容器   电解质   电化学   纳米粒子  

摘要： 固态超级电容器具有比液体电解质基的超级电容器安全性高，易于集成的优势，但它在实际应用中仍受到电极结构不稳定和高电容存储能力的限制。本文设计以三聚氰胺泡沫（MF）作为氧化石墨烯（GO）和Co2+、Ni2+离子浸渍的载体，利用MF多孔网络骨架、GO中含氧官能团负电荷与带正电金属离子产生的静电相互作用，经水热反应制得被褶皱GO包覆“类海胆状”Ni-Co前驱体负载的MF泡沫，后经碳化和硫化过程产生了纳米NiCo2S4颗粒均匀分散的多孔NiCo2S4/GM气凝胶材料。得益于NiCo2S4丰富的电化学位点、石墨烯较大比表面积和优异导电性的协同作用，加速了电解质的快速渗透，加快了OH-扩散和Ni2+/Co2+离子与OH-之间氧化还原反应过程中的电子/离子转移速率，使得所制备NiCo2S4/GM电极在电流密度为0.5 A·g-1时，比电容高达2515.3 F·g-1且具有较高的倍率和循环稳定性能性能。用KOH/聚乙烯醇凝胶电解质构建的NiCo2S4/GM//AC固态超级电容器功率密度为814.9 W· kg-1时能量密度可达51.6 Wh·kg-1，循环10000次后其比电容保持率为93.5%。该研究制备的石墨烯气凝胶均匀负载纳米NiCo2S4颗粒是一种性能优异电极材料，且具有良好的实际应用前景。

关键词： 无酶传感器   葡萄糖   玉米秸秆   萃取液   石墨烯  

摘要： 天然氧化酶存在成本高、稳定性差和不易储存等缺点。因此，低成本开发高稳定、高性能葡萄糖仿生酶具有广阔的应用前景。铜基复合仿生酶因具有环境友好，灵敏度高和性能稳定等优点而受到广泛的关注。本论文以玉米秸秆萃取液为还原剂，绿色制备了还原氧化石墨烯/Cu4O3(rGO/Cu4O3)复合材料。研究表明，rGO/Cu4O3修饰的玻碳电极对葡萄糖表现出高灵敏度(在0.005-1 mmol·L-1为5.6 μA·L·mmol-1·cm-2；在1-8 mmol·L-1为3.1 μA·L·mmol-1·cm-2)、宽线性范围(0.005-8 mmol·L-1)、良好的稳定性等。产生这种优异电化学性能的可能的原因是：活性Cu4O3量子点分布在大比表面积rGO基底上，对葡萄糖展现出更多的催化活性位点；非活性rGO“核”不仅可以提升电极导电性，增加法拉第过程中催化动力学；并可以抑制活性Cu4O3电催化过程中的团聚。该工作可以为葡萄糖传感器的设计提供一个参考方案，也可以为玉米秸秆的增值利用提供一个可能方向。

关键词： 氧化石墨烯   MXene   聚乙烯亚胺   阻燃   火灾预警  

摘要： 兼具阻燃和早期火灾预警功能的氧化石墨烯（GO）复合材料是近年来的新兴研究领域。为解决GO的阻燃性差、灵敏性低的关键问题，本文提出有机/无机耦合协同提高GO复合薄膜阻燃和火灾预警性能的解决方案，具体是采用聚乙烯亚胺（PEI）对GO进行表面改性，再通过静电相互作用与MXene复合，构筑PEI-GO/MXene复合薄膜。结果表明：（1）PEI燃烧时产生大量不可燃气体，而MXene受热氧化形成TiO2维持复合薄膜结构稳定性，即PEI和MXene通过气相和凝聚相阻燃机制协同提高GO的阻燃性。相较于GO，PEI-GO/MXene复合薄膜的峰值热释放速率降低65%、残炭量增加至37.61%，因此该复合薄膜的火灾预警时长可达180 s；（2）PEI通过和GO发生酰胺化反应减少其表面的含氧基团，而MXene良好的导电性构筑了高效的电子传输路径，在这两个因素的助力下，PEI-GO/MXene复合薄膜的火灾预警灵敏性显著提高，火焰响应时间仅为1 s，在300℃高温下的响应时间仅为2 s。

关键词： 导电聚合物复合材料   热塑性聚氨酯   石墨烯   温度传感器   健康检测   智能可穿戴  

摘要： 导电聚合物复合材料（CPC）对温度通常具有非单调依赖性。因此，制备具有线性温度系数的CPC柔性温度传感器仍是一个挑战。采用溶液共混结合微电子打印技术，成功制备了热塑性聚氨酯/石墨烯（TPU/GNs）感温复合材料温度传感器。该传感器具有高灵敏度（TCR=2.20%/°C）、快速时间响应（5 s）、在25-55°C的温度传感范围内线性度高(R2=0.99)等特点，同时具有良好的柔性、抗弯曲性能（弯曲500次后性能几乎不变）和抗汗水干扰性（浸泡30min电阻保持稳定）。此外，设计了温度读出电路，期待其通过蓝牙和Wifi无线传输体温数据，能够实现实时体温监测，并在手机上显示提供给用户、医护人员等。因此，TPU/GNs柔性温度传感器具有高灵敏度、舒适性、实时性和耐用性，将显著提高可穿戴温度传感器在智能医疗中的实际应用。

关键词： SiC   石墨烯   界面结合   第一性原理   电子结构  

摘要： 为提升SiC陶瓷复合材料的实际应用性能，研究其与石墨烯之间的微观界面结合机制已成为材料连接领域的热点课题，本文采用第一性原理计算方法，分别建立了由SiC极性和非极性表面建立的SiC（0001）-Si/石墨烯/SiC（0001）-Si和SiC（1120）/石墨烯/SiC（1120）界面模型，并研究了其界面的结合情况。结果表明：在由SiC极性表面建立的界面模型界面处，结合Mulliken布居分析，C、Si原子均以共价键和离子键混合形式成键，且C38-Si17键、C58-Si70键和C54-Si66键的共价性均强于离子性，而在由SiC非极性表面建立的界面模型界面处，C、Si原子并未成键。比较两种界面模型的界面分离功，结果显示SiC（0001）-Si/石墨烯/SiC（0001）-Si界面分离功最大值为0.14 J/m2，SiC（1120）/石墨烯/SiC（1120）界面分离功最大值仅为0.01 J/m2，而前者对应界面间距4.21 ?反而明显大于后者3.10 ?，这表明SiC极性表面与石墨烯结合作用效果更明显，更具有强界面特征，更能有效提升SiC陶瓷的应用性能。

关键词： 石墨烯   含氧官能团   修饰   吡啶   吸附能   密度泛函理论   表面  

摘要： 采用密度泛函理论，研究了不同含氧官能团修饰的石墨烯对柴油中典型碱性氮化物吡啶的吸附。结果表明：羧基、羟基的存在明显增强了石墨烯吸附吡啶的能力，羰基修饰和本征石墨烯吸附吡啶的能力相近；吡啶在各石墨烯表面的吸附能由小到大的顺序为羧基<羟基<羰基<本征，吸附平衡距离大小顺序与之相反。吡啶和羧基、羟基作用点间存在较强的电荷转移，电子云重叠，有键的形成，吡啶与羧基、羟基修饰石墨烯发生酸碱、氢键和静电作用，与羟基还存在π-π作用；而与羰基、本征石墨烯间并无明显电荷转移现象，吡啶与羰基修饰及本征石墨烯发生π-π、π-N、C和N-C作用。吡啶更稳定地吸附在羧基、羟基修饰的石墨烯表面。对氧化石墨烯吸附柴油中吡啶的研究结果，对于柴油吸附脱氮技术的开发与改进具有一定的理论指导作用。

关键词： 石墨烯泡沫   热声效应   数值计算   声学性能  

摘要： 传统解析方法在预测石墨烯泡沫热声效果时存在若干不足，特别是涉及到考虑多孔结构及热量积聚的影响时。为此，构建了具有代表性的周期性基本单元模型，以精确描述石墨烯泡沫微观结构的影响。随后，利用有限元方法建立了石墨烯泡沫在自由场中的传热模型。在此基础上，建立了综合考虑热量积聚和泡沫内损耗的热-声耦合三维模型，并通过实验验证其准确性。研究发现，热量积聚会导致输出声压级在输入功率增加时增速趋缓甚至下降，尤其对高频声波的影响更为显著。此外，声压级与输入功率之间的非线性关系主要来源于静态温度变化对空气恒压热容和密度的影响。进一步探讨了宏观及微观尺寸对热声效果的影响，结果表明，泡沫边长的增加会引起显著的声衍射效应，且泡沫单元尺寸越大，输出声压级越高。以上研究揭示了石墨烯泡沫的微观结构、传热特性和声学行为之间复杂的相互影响机制，为促进石墨烯泡沫在热声设备中的应用与优化提供了重要的理论和实验依据。

关键词： 分子模拟   复合材料   界面   三水醋酸钠   石墨烯   界面热阻   声子态密度  

摘要： 在三水醋酸钠（SAT）中添加石墨烯是提高其热导率的常用手段，但复合相变材料的界面处通常会产生较大的界面热阻，探究界面热阻形成机理和消减方法是当前研究热点。本研究提出利用铜层降低SAT/石墨烯界面热阻方法，利用分子动力学建立复合材料模型，从热导率和热阻、径向分布函数（RDF）、均方位移(MSD)和扩散系数、声子态密度(PDOS)等方面分析复合材料的性质。计算结果表明，复合相变材料界面热阻的产生是由于低频声子占比减小，且声子分布更加紊乱，增加了声子散射；铜层能降低石墨烯/SAT复合材料声子的紊乱程度，从而减小界面热阻，增强材料导热性能。本研究可为实验分析提供理论支撑，对降低复合材料界面热阻、制备高导热复合材料有指导意义。

关键词： 碳纤维复合材料   润湿性   界面结合性能   界面层厚度  

摘要： 基于两种自主研制的环氧树脂胶液HTS40和HTS45分别加入了0.05%氧化石墨烯进行改性，制备了相应的T700级碳纤维增强复合材料，研究了4种环氧树脂胶液与碳纤维的浸润性、复合材料力学性能及其断面微观形貌和界面层厚度等方面。结果表明：HTS40和HTS45中分别加入0.05%氧化石墨烯改性后，树脂对碳纤维的浸润接触角分别同比降低了15.7%和18.4%，最终树脂吸附量分别同比增大了142.8%和60.9%，复合材料层间剪切强度、横向拉伸强度和纵向弯曲强度分别同比提高了18.8%和5.6%、19.4%和14.8%、15.8%和6.9%。复合材料断面扫描电镜（SEM）结果表明，氧化石墨烯改性后，断面中几乎观察不到碳纤维拔出现象，碳纤维与基体之间的间隙明显减少，断面AFM测得平均界面层厚度分别同比增大了56.6%和53.3%。环氧树脂基体中加入微量氧化石墨烯，通过改善树脂对纤维的浸润性和提高最终复合材料界面层的厚度，可以显著提高复合材料综合力学性能。