关键词： 液体创可贴   氧化石墨烯   银纳米粒   分子模拟   抗菌   伤口敷料  

摘要： 液体创可贴属于一种新型的伤口敷料,主要用于浅表性的创伤,其具有使用方便、舒适、美观、防水等特点,近年来得到消费者的青睐。载银纳米粒氧化石墨烯是一种碳基-金属复合材料,该材料性能优异、制备技术较为成熟,在抗菌材料、光催化、半导体等多个领域具有深入的研究发展,其中作为抗菌成分,广泛用于抗菌包装材料、抗菌涂层、抗菌伤口敷料等方向的研究。 本课题引入载银纳米粒氧化石墨烯作为抗菌成分,制备得到一种新型的抗菌液体创可贴,主要通过以下四个部分内容进行: (1)从石墨粉与硝酸银出发,通过改良的Hummer法与原位还原法分别合成了氧化石墨烯与载银纳米粒氧化石墨烯,并通过宏观形貌、粒径与Zeta电位、扫描电镜、紫外与红外光谱、X射线衍射和X射线光电子能谱仪表征手段,验证了样品的成功合成,其中合成的氧化石墨烯特征明显、氧化充分,平均粒径为181.8±3.2 nm,Zeta电位为-31.2±0.99 m V;载银纳米粒氧化石墨烯特征明显,其中氧化度约为40.2%(O/C),载银量约为18.8%(we%),银纳米粒径分布均匀,平均粒径为13.7±3.3 nm。 (2)在液体创可贴相关经典或新型处方的基础上,首先通过处方筛选确定了各组分种类,随后通过单因素考察、正交设计,初步确定了处方。并进一步的进行处方优化,接着对处方成膜进行物相评价、验证实验与质量控制,最后确定了最终处方。结果表明该处方成膜稳定,具有优异的舒适性、防水性、透气性、离心稳定性,其中抗张强度度均值在1.54-1.68 MPa,断裂伸长率均值在268.1-284.25%,变形恢复能力均值在38.2-45.5%,涂抹于皮肤的液体创可贴,透明美观,能在20秒内迅速成膜,即便在手指关节处也具有良好的舒适性能。 (3)对成膜进行体内外作用评价,小鼠伤口愈合实验和HE染色结果表明,成膜与空白薄膜具有良好的生物相容性,并与阴性对照组相比,具有一定促进伤口愈合的能力;体外抗菌实验的结果表明,与市售产品、空白薄膜相比,加入载银纳米氧化石墨烯的薄膜具有一定的抗菌能力,并且较厚的载银纳米粒氧化石墨烯薄膜显示出了增强的抗菌作用。 (4)通过计算机分子模拟方法,进一步对实验过程中涉及的过程、机制进行研究。对载银纳米粒氧化石墨烯复合物的形成机制进行研究,通过径向分布函数分析,说明了银纳米粒子在溶液体系中向氧化石墨烯表面趋近、吸附、聚集生长的过程;对氧化石墨烯氧化度对其溶解性、载银量影响机制研究,通过接触角、相互作用能、等温吸附曲线等分析,表明随着氧化度的提高,由于氢键的饱和作用,氧化石墨烯的溶解性不断增大,并在32.5%处开始趋于稳定,由于空间位阻与溶剂效应,载银量不断减小,并在22.5%处开始趋于稳定,为进一步的处方优化、生产工艺优化提供模拟参考。

关键词： 锂/钠离子电池   Fe-MOFs   石墨烯   纳米复合材料   电化学性能  

摘要： 铁基MOFs衍生物具有很多满足二次电池使用和发展的优点,是一种极具潜质的负极材料。本文主要以铁基MOFs衍生物为中心点,致力于解决其作为电池材料所存在的体积膨胀、循环寿命短等问题,通过对前驱体进行磷化或硫化的方法,最大程度的优化材料性能。相关结论如下:（1）采用一步水热法和一步煅烧法制备了具有三维多通道结构的Fe2P/C@r GO纳米复合材料。材料呈现出八面体结构,不同八面体的大小在700-900 nm,石墨烯则在形成三维空间结构中起到重要作用,这样的结构更能发挥石墨烯导电/支撑骨架的作用,也更方便离子电子传导,并在一定程度上减缓了体积膨胀。三维多通道八面体Fe2P/C@r GO纳米复合材料具有令人满意的容量:当电流密度为1.0 A g-1时,经过500次充放电后,可逆容量保持在696.7 m Ah g-1。在对GO溶液浓度变化对材料性能影响的探究中可以确定,当GO浓度适中时,所制备的电极材料具有相对最优异的性能。（2）以Fe-MOFs为自牺牲模板,通过便捷的水热法和煅烧工艺,有效地制备出可控的自组装片状交叉的Fe S/C@r GO材料。在高温氛围下,前驱体结构难以维持,裂解为纳米薄片,随后原位自组装生成片状交叉的复合材料。薄片的大小长短薄厚都不一,不过都与先前的八面体棱边有关,其总体大小约为800nm左右。一方面,纳米片状交叉结构能够有效地减缓体积的增加,从而防止嵌锂/脱锂过程中SEI的破裂;另一方面,氮掺杂结构表面具有更多的微小孔隙,使电极材料的电化学稳定性更加优异。同时,还原氧化石墨烯的加入提高了材料的导电性,有效减缓了体积增长。对材料作为锂离子电池负极材料进行电化学性能测试,Fe S/C@r GO作为锂离子电池的负极,在循环了70圈之后,其可逆容量达到1426.5 m Ah g-1,。（3）通过溶剂热法合成MIL-53纳米结构,再在表面包覆ZIF-8和RF层,得到MIL-53@ZIF-8@RF前驱体材料。以硫粉为硫源,进行高温硫化,成功制备出了纺锤状Fe7S8/C@Zn S/N-C@C复合材料。不同的纺锤状材料长约700-900 nm,宽为350 nm左右。然后将这种通过MOF-on-MOF策略设计出来具有分层活性材料分布的核心-双壳结构材料作为钠离子电池的负极。电化学结果表明,Fe7S8/C@Zn S/N-C@C具有最佳的电化学反应动力学,当电流密度分布为0.1、1.0、2.0、5.0 A g-1时,材料的可逆比容量分别为646.3 m Ah g-1（100次循环）、482.4 m Ah g-1（500次循环）、401.7 m Ah g-1（200次循环）、468.2 m Ah g-1（300次循环）。材料的双金属硫化改性、碳改性、核心-双壳结构纳米构造的共同作用让材料拥有了令人满意的优异导电性、界面储钠能力和结构稳定性。

关键词： 二维材料   转角双层石墨烯器件   界面铁电极化   电滞回线  

摘要： 铁电材料因具有自发且可被外部电场翻转的极化特性,在电容器、铁电场效应晶体管以及非易失性随机存取存储器等功能性器件方面具有重要的应用。然而,基于氧化物等传统铁电块体材料由于尺寸效应的约束,很难在厚度上实现亚纳米级别的铁电材料,大大阻碍了铁电器件的集成化,迫切需要寻找能够突破尺寸效应限制的铁电材料体系。随着材料体系的日渐丰富以及材料加工制备方法的不断提升,新型二维纳米电子材料成为材料领域关注的焦点之一,而寻找具有铁电性能的二维铁电材料也成为了铁电研究的重点方向之一。目前,实验上实现二维铁电材料的方法有:1、铁电块体机械剥离获得二维本征铁电材料;2、基于二维范德华材料堆叠构成的异质结构界面处形成的铁电极化态等,后者的出现也为丰富铁电体系提供了可能。本论文基于六方氮化硼(h-BN)夹持的转角双层石墨烯(TBLG)器件,通过电学表征等方式研究了由非铁电极化材料构造的垂直异质结从而在界面处诱发铁电极化的输运特性。实验通过机械剥离的方式获得高质量二维原材料,并通过干法转印技术制备出了高质量的h-BN封装的具有30°转角的双层石墨烯异质结构,采用标准的四端法表征了样品在不同温度环境下的电输运性能。其中,在h-BN与TBLG的顶部界面处观测到了明显的电阻回滞现象,这种滞后可以从极低温(40 mk)持续到室温。上述电阻回滞可通过界面铁电极化诱发的额外载流子解释,且界面极化强度估计为0.7 p C/m,这与理论预测的二维滑移铁电强度具有相同的数量级。由此,通过将本征非极化的石墨烯和h-BN堆叠在一起,实现了具有自发铁电极化界面的异质结构。我们的研究结果有助于丰富二维铁电材料家族,并为铁电与二维材料中丰富的电子和光学特性相耦合创造了更多的可能性。基于上述实验结果,本论文的章节安排如下:1.介绍了二维材料的发展,其中包括h-BN以及石墨烯的结构及物理特性,并简述了二维材料中发展迅猛的转角电子学的研究现状,以及二维滑移铁电的研究进展。2.介绍了TBLG器件在制备以及表征过程中涉及到的相关制备工艺以及实验设备。3.阐述了TBLG器件在极低温环境(40 mk)下的电输运特性,并在h-BN与TBLG的顶部界面处观测到了界面铁电极化。4.研究了TBLG器件在不同环境温度下的电输运特性,表征器件的界面铁电极化可以从极低温环境一直保持到室温环境。5.对本论文的研究工作进行总结与展望。

关键词： 艾灸   疗效观察   石墨烯暖宫穴位贴   原发性痛经  

摘要： 目的:本课题以原发性痛经患者为研究对象,通过对比石墨烯暖宫穴位贴联合艾灸与单纯艾灸两种治疗方案的临床疗效差异,证明石墨烯暖宫穴位贴的有效性,为石墨烯暖宫穴位贴治疗原发性痛经的临床应用提供方法和依据。方法:本课题共选取符合纳入标准的原发性痛经患者60例,将其随机分为观察组和对照组,每组各30例,观察组采用石墨烯暖宫穴位贴联合艾灸治疗,先在患者关元、子宫、三阴交上行艾灸(温和灸)治疗,艾灸结束后将石墨烯暖宫穴位贴贴于患者相应穴位上,贴敷时间为5小时。对照组行单纯艾灸治疗,艾灸部位及艾灸方法同上。两组治疗时间一致,均从月经来潮前7天开始,每日一次,连续治疗10天,此为一个疗程,连续治疗3个疗程。然后以两组治疗前后的VAS评分及COX痛经症状量表评分进行疗效评价。评价时间为先于治疗前一周测评一次,而后每完成一个疗程的治疗后,于该疗程月经干净后的第一天进行测评,连续测评3个疗程,治疗前后共测评4次,所有数据均选用SPSS 26.0统计软件进行分析处理。结果:(1)治疗后两组就观察指标(VAS评分、CMSS评分)进行了组间与组内对比,结果显示组间对比与组内对比均有显著性差异(P<0.05),说明石墨烯暖宫穴位贴联合艾灸与单纯艾灸对于原发性痛经均具有治疗作用,但石墨烯暖宫穴位贴联合艾灸对于原发性痛经疗效优于单纯艾灸。(2)石墨烯暖宫穴位贴联合艾灸组愈显率73.31%,总有效率93.10%;单纯艾灸组愈显率44.83%,总有效率82.76%,结果显示,石墨烯暖宫穴位贴联合艾灸组痊愈和显效人数多于单纯艾灸组,且无效例数少于单纯艾灸组。结论:石墨烯暖宫穴位贴联合艾灸与单纯艾灸对于原发性痛经的治疗均具有显著疗效,但石墨烯暖宫穴位贴联合艾灸对原发性痛经的疗效优于单纯艾灸,进一步证明了石墨烯暖宫穴位贴对于原发性痛经治疗的有效性。

关键词： 二氧化碳水合物   氧化石墨烯   L-蛋氨酸   促进机理  

摘要： 随着全球温室效应的加剧,温室气体的控制与处理刻不容缓,我国也是提出了“碳达峰”与“碳中和”的目标以应对、处理大气中的二氧化碳。而利用水合物原理捕获二氧化碳具有储气量大,环保性高,安全性好,将捕获与存储统一化等诸多优点,极具潜力。但也有储气量达不到理论值,难以储存,生成速率缓慢的特点。基于此,本文以二氧化碳水合物为研究对象,开展氧化石墨烯与L-蛋氨酸体系下,进一步促进二氧化碳水合物生成的实验研究。 本文开展了不同浓度的单一氧化石墨烯与L-蛋氨酸体系下二氧化碳水合物生成实验,实验结果表明低浓度的氧化石墨烯可以有效地减小水合物生成所需的诱导时间,诱导时间最多减少了58.82%。这归咎于氧化石墨烯优秀的传热与传质特性。较高浓度的氧化石墨烯会延长水合物生成的诱导时间。而L-蛋氨酸有效加快二氧化碳水合物的生成速率并提升储气量。其中诱导时间最多减少了67.89%,耗气量增大了20.7%。L-蛋氨酸可以利用其优良的吸附性以及降低气-液接触面的表面张力的方式增加二氧化碳气体分子的传质。同时会促使二氧化碳气体分子与水分子堆积、生成多孔的水合物结构,且在水合物生成后期,会使其依附于反应釜壁面堆积,加大气-液接触的概率。 在单一氧化石墨烯与L-蛋氨酸的研究基础上,开展了不同浓度配比的氧化石墨烯与L-蛋氨酸复配促进实验,结果表明复配促进剂在缩短水合物生成诱导时间方面体现出优秀的作用,复配体系下诱导时间相较于纯水空白组诱导时间最多减少了74.69%。低浓度的氧化石墨烯,可以利用其优秀的传热性,有效将水合物成核与结晶所产生的大量热量及时导出,同时削减L-蛋氨酸对水合物成核结晶的影响。其次氧化石墨烯的吸附作用结合L-蛋氨酸减小体系液相界面张力的效果也能进一步增大体系中二氧化碳气体分子的传质。但在耗气量方面,由于氧化石墨烯颗粒会进入L-蛋氨酸体系下生成的多孔的水合物结构中,对二氧化碳后续形成水合物形成阻碍,耗气量会略微降低。同时,初始压力的增高也会明显缩短复配体系下水合物的诱导时间,并加大耗气量。但这种促进由于二氧化碳的高压液化而存在极限。而气液比的增大会抑制复配体系中水合物的生成。延长其生成速率,并削弱储气量。 最后研究了氧化石墨烯与L-蛋氨酸复配体系中二氧化碳水合物颗粒与颗粒间、颗粒与壁面间的粘附力,并与单一促进剂下的作用力进行对比,复配促进体系下水合物颗粒间作用力较单一氧化石墨烯体明显减小,却略大于单一L-蛋氨酸体系,其中复配体系中颗粒间粘附力最小为5.85m N/m相较于纯水体系中颗粒间粘附力减小了17.51%。同时由于L-蛋氨酸的存在,颗粒与壁面间的粘附力有所增大。

关键词： ZIF-8   多孔碳基材料   石墨烯   燃料电池   氧还原反应  

摘要： 燃料电池是高效的能量存储和转换装置,在替代燃油技术践行清洁发展战略过程中处于重要地位。然而,阴极氧还原反应(ORR)催化剂的效率和稳定性决定了燃料电池和金属空气电池的应用水平和寿命,所以,降低催化剂成本、提升其催化性能和耐久性是促进燃料电池技术发展的重要因素之一。本论文以ZIF-8为研究对象,通过一步水热法,在其表面原位生长ZIF-67或与氧化石墨烯复合。经高温碳化后,得到一系列ZIFs衍生的高催化性能的多孔碳基材料催化剂,并进行了微观结构表征、电催化性能表征。本论文主要研究内容如下:(1)以2-甲基咪唑(C4H6N2)为有机配体,C4H604Zn·2H2O为配位金属离子源,通过水热法获得ZIF-8,经高温碳化,形成氮掺杂多孔碳(N-C)材料。通过优化2-甲基咪唑与Zn2+的摩尔比,可获得高比表面积的N-C材料。通过微观结构表征表明,当其摩尔比为4时,得到的N-C-4材料,表面平整,生成了大量微孔,且具有超高比表面积,均有利于提高其电化学性能。研究表明N-C-4的起始电位、半波电位、扩散极限电流密度分别为:0.95 V ***、0.85 V ***和5.68mA/cm2,电子转移数为4.5。另外,其抗甲醇性也明显优于商业20wt%Pt/C。这为设计合成ZIF-8衍生多孔碳催化剂提供了夯实的实验基础及技术支撑。(2)基于以上ZIF-8多面体,进一步加入Co(NO3)2·6H2O和2-甲基咪唑,通过水热法在ZIF-8表面外延生长ZIF-67,得到ZIF-67@ZIF-8晶体,经高温碳化后,获得钴氮共掺杂的多孔碳(Co-N-C)材料。通过调控C4H6O4Zn·2H2O和Co(NO3)2·6H2O的配比,制备一系列钴氮共掺杂的多孔碳(Co-N-C)材料。研究表明,当其配比为3.5时,获得的Co-N-C-3.5材料,展现出超高的比表面积(1500.47m2/g)及微-介孔共存特征,不仅提高了其石墨化程度,还提供了更多的Co-Nx活性位点。通过电化学表征,证明Co-N-C-3.5表现出优秀的电催化性能,与商业20wt%Pt/C相比,其具有相当的半波电位***和较高的扩散极限电流密度(6.75 mA/cm2)及极好的耐久性和耐甲醇性。ZIF-67@ZIF-8衍生的多孔碳材料的设计策略为设计合成其他高比表面积的多孔碳基复合材料提供了重要借鉴意义。(3)为了提升ZIF-67@ZIF-8颗粒的分散性,避免其团聚及降低在高温碳化过程中氮元素的损失,引入氧化石墨烯。通过水热在氧化石墨烯表面原位生长ZIF-8,再外延生长ZIF-67,经高温碳化后,获得钴氮共掺杂多孔碳负载石墨烯(Co-N-C/graphene)材料。通过调控氧化石墨烯含量,当添加30mL2mg/mL氧化石墨烯甲醇溶液时,获得的Co-N-C/graphene-30复合材料,具有清晰的石墨烯片层负载多面体形貌,比表面积高达664.58 m2/g,这均有利于提高其电催化性能。研究结果表明,Co-N-C/graphene-30显示了优异的ORR催化性能,其起始电位为0.99 V ***、半波电位为0.87 V ***且具有较好的长循环耐久性(循环 5000 次数后,Δ E1/2=0.2 mV *** vs.商业 20wt%Pt/C 3 mV ***)和耐甲醇性。因此该研究为制备高耐久性和催化性能的ZIFs衍生多孔碳材料提供了重要的实验依据和理论指导。

关键词： 石墨烯   双马来酰亚胺   拉伸模量   热导率   分子动力学  

摘要： 双马来酰亚胺(BMI)树脂具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀等良好特性,现已广泛应用于航空航天、机械电子等领域。然而纯BMI树脂韧性差、热导率低,这些缺点限制了BMI树脂材料在韧性、散热条件要求较高工况下的应用。随着近些年复合材料的飞速发展,研究人员发现在树脂基体材料中掺杂高性能纳米颗粒可大幅提高材料性能。在陶瓷、金属、纳米碳等众多高性能纳米填料中,石墨烯由于其独特的二维结构、优异的物理性能,引起了研究人员的广泛关注。理论上,由于石墨烯材料优异的力学及热学性能,掺杂石墨烯的BMI树脂复合材料整体力学、热学性能可获得大幅提升。然而实验结果表明,石墨烯材料自身结构的缺陷及石墨烯在基体材料中的团聚现象会导致复合材料的性能不如预期,理解相关问题机理并发挥石墨烯的性能优势为推动先进复合材料的发展具有重要的指导意义。本文基于分子动力学方法对石墨烯增强BMI树脂复合材料力学及热学性能进行深入研究,并分析了石墨烯结构缺陷对BMI树脂复合材料力学及热学性能的影响。具体工作与研究结果如下: 首先,通过Materials Studio(MS)软件建立了不同缺陷浓度的石墨烯模型,使用LAMMPS软件计算了石墨烯的力学及热学性质,并分析了不同缺陷浓度对石墨烯力学及热学性质的影响规律。结果表明,通过分子动力学模拟计算得到的石墨烯的拉伸模量、断裂强度、断裂应变、热导率均与相关实验或文献中结果一致,证明了分子动力学模拟方法的准确性。同时研究发现,当石墨烯结构中引入缺陷时,即使是在缺陷浓度较低的情况下,石墨烯力学及热学性能均会显著降低,并且随着缺陷浓度的增加,拉伸模量、断裂强度、断裂应变、热导率均会进一步降低。 其次,通过MS软件建立了BMI树脂材料模型,对其力学及热学性能进行了研究,并在此基础上建立了掺杂石墨烯的BMI树脂模型,分析了石墨烯对BMI树脂力学及热学性能的影响。研究结果表明,分子动力学模拟得到的BMI树脂材料的拉伸模量、热导率与相关实验或模拟中得到的结果基本一致,证明了本文中计算模型及计算方法的正确性。掺杂石墨烯的BMI树脂复合材料拉伸模量与热导率相较原材料均有提升,拉伸模量提升约40%,热导率提升约35%。 最后,通过调节BMI树脂复合材料模型中石墨烯的缺陷浓度来分析石墨烯缺陷浓度对BMI树脂复合材料整体力学及热学性能的影响。结果表明,当石墨烯缺陷浓度较低时,石墨烯结构缺陷对于BMI树脂复合材料的拉伸模量及热导率影响较小。当缺陷浓度达到6%时,BMI树脂复合材料拉伸模量下降约8%,热导率下降约7.5%。 综上所述,本文基于分子动力学模拟方法,从石墨烯及BMI树脂材料力学、热学性能出发,探究了掺杂石墨烯的BMI树脂复合材料中石墨烯对于BMI树脂复合材料整体的增强作用,并揭示了石墨烯结构缺陷浓度对BMI树脂复合材料整体力学及热学性能的影响规律,为BMI树脂复合材料性能的调控及新型石墨烯增强BMI树脂复合材料的设计与制备提供了重要的参考。

关键词： CoNi合金   石墨烯   磁损耗   介电损耗   吸波性能  

摘要： 随着电磁信息技术的快速发展,电磁波的辐射无处不在,它会造成元器件之间的电磁干扰,导致电磁信息泄露,并对人体有一定的热辐射危害。电磁波吸收材料（Microwave absorption materials,MAM）是通过将电磁能转换为热能或其他形式能耗散掉,使其在军事或民用领域中得到广泛的应用。近年来,各种类型的吸波材料被人们发现,然而其每种材料都存在一定的应用局限性,因此,优势互补、优化复合成为今后研究新型吸波材料的发展趋势。钴镍（CoNi）合金因具有高磁导率、高饱和磁化强度、低成本、结构灵活等优势受到广泛关注,然而,单一组元的CoNi合金却存在密度大、易氧化、损耗机制单一等缺点,并且难以同时满足衰减系数大和阻抗匹配的问题,从而限制其进一步发展。针对以上问题,本文提出了以下策略,一方面将CoNi合金与RGO介电型材料进行复合,使其兼具磁损耗与介电损耗,另一方面通过构筑新的结构,提高材料的阻抗匹配和衰减特性,并对CoNi/RGO复合材料的损耗机理以及吸波特性进行了研究。研究内容及结果主要分为以下几点:（1）采用溶剂热法制备CoNi合金,通过调节两种因素:（a）磁场诱导;（b）反应时间,分别得到在不同反应时间下的链状CoNi合金和颗粒状CoNi合金。显微镜和SEM图证实了CoNi合金的生长及磁场诱导下链状的形成,XRD表征揭示了材料的物相组成,VSM测量解释了CoNi合金的磁性,最后通过对样品电磁参数的测量,计算得出:反应时间为9h下的链状CoNi样品（CoNi-C-9）具有更好的吸波性能,且RLmin=-42.113 d B（16.5 GHz）,EAB=3.5 GHz（13-16.5 GHz）,其优异的性能可能来源于更多的导电损耗、丰富的界面极化、涡流效应、交换共振、多次反射和散射。（2）采用乙二胺还原法制备RGO气凝胶,通过调节CoNi-C-9与GO的质量比,得到CoNi/RGO气凝胶结构。SEM图观察了气凝胶的微观多孔结构,XRD表征解释了GO充分还原成RGO,Raman光谱分析和宏观观察证明CoNi含量对石墨烯的还原与气凝胶的形成无明显影响,BET比表面积分析得到不同含量CoNi的RGO气凝胶中孔隙率,最后通过对样品电磁参数的测量,计算得出:CoNi/RGO气凝胶具有独特的多孔结构,并且它们之间的协同效应使材料存在潜在的吸波性能,在X波段,当填充量仅为10%,RLmin可达到-10 d B以下。（3）利用CoNi-C-9吸波剂制备CoNi-PVDF薄膜作为夹心层,RGO制备RGO-石蜡气凝胶作为外层,通过热压法形成RGO/CNP/RGO夹心结构,研究层数对性能的影响。SEM图观察夹心层断面结构,XPS分析每组成分及官能团,最后通过对样品电磁参数的测量,计算得出:3+2型结构具有更好的吸波性能,其RLmin=-51.91 d B,EAB=6.6 GHz,d=3.0 mm。此外,我们还应用了一种新的策略来综合评价吸波剂的有效吸收特性:ΔS被定义为RL≤-10 d B的积分面积,RE被定义为电磁吸收效率,RE越大说明材料综合评价越高,其中3+2型夹心结构的ΔS=122.53 d B·GHz,RE=40.84 d B·GHz/mm。

关键词： 受电弓滑板   载流摩擦磨损   复合涂层   石墨烯   分子动力学  

摘要： 轨道交通是我国现代化经济体系的重要组成部分,是增进区域间联系、促进城市化进程的有力物质保障。作为轨道车辆动力来源的关键部件,受电弓-接触网系统的载流稳定性是影响轨道交通安全的主要因素之一。然而,列车在高速行驶状态下,弓网系统极易因受电弓滑板的表面磨损失效而引发载流失稳,进而直接威胁到行车和乘员安全。因此,理解受电弓滑板的载流摩擦磨损机理、研发高效的涂层保护技术已成为解决这类轨道交通安全问题的有效手段。本文的主要研究工作和结论如下:(1)构建了弓网系统的载流稳定性与受电弓滑板摩擦磨损性能间的联系。动力学模拟结果表明,弓网间接触压力在时域下的动态演化过程经历初期振动和后期平衡两个阶段,而该压力在其平衡阶段的统计指标被用于量化评估弓网系统的载流稳定性。当滑板摩擦系数成倍上升时,接触压力的均方根和不均匀系数分别提高26%和45%;同样地,这两类评价指标在滑板表面磨损后也急剧上升,表明其优异的摩擦磨损性能是确保弓网系统获取稳定载流特征的基础条件。(2)研究了受电弓滑板的载流摩擦磨损性能在润滑涂层保护下的提升效果。试验结果表明,电碳制滑板材料摩擦系数和磨损速率分别约为0.196和3.56×10 mm/min,并且在10个对磨周期后出现严重的表面磨损现象;而受到基于高温固化合成的复合涂层润滑作用后,该材料摩擦系数和磨损速率分别降低10%和7%左右。相关测试分析表明,复合涂层可促进表面转移膜在摩擦试验期间的原位形成,进而提供易剪切的滑移平台、实现减摩润滑作用;其高表面硬度能够抑制滑板材料的粘着磨损和磨粒磨损,有效增强滑板材料的耐磨性能。另外,复合涂层的润滑性能在其内部添加碳基纳米颗粒后进一步提高,这是由于碳基纳米颗粒的表面吸附作用能够阻止复合涂层分子链条在摩擦过程中的自由移动。(3)揭示了微/纳米级调控策略对碳基纳米颗粒固有表面性能的影响机制。在微米尺度下,石墨烯在其支撑基底凹槽边缘处的表面摩擦力较高,其磨损失效现象也较易发生。当这些凹槽被C60分子填充后,基底表面粗糙度显著降低,石墨烯的表面摩擦力降低约一个数量级,同时其抗磨损性能提高五倍。在纳米尺度下,当石墨烯的表面摩擦力只由接触界面原子间的非键合相互作用主导时,晶格缺陷的引入会导致该摩擦力迅速上升;一旦载荷超过临界值后,摩擦力会因这类原子之间的键合相互作用而显著上升,而晶格缺陷可促进界面共价键的形成。(4)设计了一种跨尺度高润滑复合涂层的理论合成路线。理论研究指出,石墨烯的原子结构在其氧化改性后会出现本征缺陷和外引入缺陷。这些缺陷因界面粘着效应均能增大石墨烯的表面吸附力,可推测其润滑增强作用在氧化改性后得以提升。随后在宏观试验研究中发现,氧化改性石墨烯增强涂层的减摩效果优于未改性石墨烯增强涂层,其表面摩擦力下降约6%。显然,宏观试验结果验证了石墨烯的氧化改性对其润滑增强作用的提升效果,表明高效润滑复合涂层的设计路线是可行的。基于弓网耦合模型的动力学模拟结果,这种高润滑性能的复合涂层可提升弓网系统的载流稳定性约3%。图114幅,表13个,参考文献205篇