关键词： 石墨烯   第一性原理   光学性能   热力学性能  

摘要： 石墨烯作为新型热门材料,因其优异的性能受到越来越多的关注,在光电子器件、传感器和热管理材料等领域拥有广阔的应用前景。本文应用第一性原理计算模拟软件Material Studio的CASTEP模块构建了石墨烯,并对其进行几何优化使其达到稳定,分析了其在514.5 nm激光入射下的光学性能和热力学性能,结果表明石墨烯具有优异的光热性能。石墨烯在低能区和中等能区的吸收较为显著,其在紫外区域的强吸收可以应用于紫外滤波器和光伏器件中。石墨烯的高德拜温度及其在高温下的稳定性,使其在热管理材料和高温应用中具有重要的应用潜力,拓宽了石墨烯在光学元件和热管理材料上的应用,对实验提供了更多理论支持。Graphene, as a novel and popular material, has garnered escalating attention due to its outstanding properties and holds vast application prospects in domains such as optoelectronic devices, sensors, and thermal management materials. In this paper, the CASTEP of the first-principles calculation simulation software Material Studio was employed to construct graphene and geometrically optimize it to achieve stability. The optical and thermodynamic performances of graphene under 514.5 nm laser incidence were analyzed. The results indicated that graphene possesses excellent photothermal properties. The absorption of graphene in the low-energy and medium-energy regions is rather remarkable, and its strong absorption in the ultraviolet region can be applied in ultraviolet filters and photovoltaic devices. The high Debye temperature of graphene and its stability at high temperatures endow it with significant application potential in thermal management materials and high-temperature applications, expanding the application of graphene in optical components and thermal management materials and providing more theoretical support for experiments.

关键词： 氧化石墨烯   氢氧化镁   复合材料   润滑添加剂   摩擦磨损  

摘要： 润滑脂在高温高载工况下润滑性能易发生恶化,从而导致严重的摩擦磨损,二维纳米材料因具备优异的减摩性能,能够显著改善润滑脂的摩擦学性能而广泛用作为润滑添加剂,但其往往会因团聚效应而降低其对润滑剂的增强效果。通过氧化还原法制备出氧化石墨烯/氢氧化镁[GO-Mg(OH)_(2),GM]复合材料,以硅烷偶联剂为改性剂,利用高能球磨法对GM颗粒进行改性制备出改性氧化石墨烯/氢氧化镁[KH-GO-Mg(OH)_(2),KGM],使用SRV-4摩擦磨损试验机考察了GM、KGM对基础脂高温高载荷下润滑性能的影响,采用多种表征手段对两种材料和磨痕进行表征分析。研究分析表明:KGM较GM具有更小尺寸和厚度;GM和KGM两种润滑添加剂均能提升基础脂的摩擦学性能,最佳质量分数均为0.5%,且KGM的润滑效果和减摩抗磨性能更加突出,在高温(150℃)和高载荷(3.5GPa)下摩擦系数和磨损宽度分别降低36.5%和33.7%。KGM在摩擦表面通过吸附作用形成含有铁、镁、硅和氧元素的润滑保护膜,具有减摩抗磨效果和修复作用。这为研究开发苛刻工况下的高效润滑脂提供了简易、经济的制备方法参考,在可持续润滑方面具有重要潜力与研究价值。

关键词： 电化学传感器   纳米酶   石墨烯   铂钯纳米颗粒   过氧化氢  

摘要： 过氧化氢(H_(2)O_(2))普遍存在于生命体和环境中,其浓度与人体健康息息相关,因此高效、灵敏地对其进行检测是十分必要的。采用还原氧化石墨烯(GO)和铂钯纳米颗粒(PtPd NPs)修饰玻碳电极构建了一种超灵敏的H_(2)O_(2)电化学传感器。SEM和EDS表征结果表明,GO和PtPd NPs成功修饰在电极表面并均匀分布。电化学测试表明,该传感器的灵敏度为68.4μA·(mmol/L)^(-1)·cm^(-2),最低检测限为31.2 nmol/L,检测范围为3.12×10^(-8)~9.22×10^(-5)mol/L。这些良好的性能使其在藻类湖水样本H_(2)O_(2)检测中达到95.43%~101.60%的回收率。该传感器还具备优异的稳定性、重现性和选择性,在检测环境样本中具有潜在的应用价值。

关键词： 掺氢天然气   MXene   氢脆防止措施   石墨烯   热处理  

摘要： 结合目前掺氢天然气研究现状,从管线钢氢脆的角度,根据管线服役环境提出几种氢脆防止措施:可以单独或者协同竞争吸附来抑制氢脆的CO、CH 4、O 2等抑制性气体;常见的合金涂层以及具有高阻氢性能的二维新型材料(石墨烯、BN、MXene和TMDs);通过热处理和添加合金元素对管线钢改性,包括热处理调整组织与晶界、添加合金元素增加阻氢析出物等。

关键词： 复合添加剂   石墨烯   缸套-活塞环   摩擦磨损   润滑性能  

摘要： 船舶柴油机作为船舶的核心动力来源,其中的缸套-活塞环作为重要摩擦副之一,保障其可靠性,而采用优质润滑添加剂是针对缸套-活塞环磨损控制的有效方法之一。制备了不同类型的石墨烯/凹凸棒石(G-ATP)复合润滑添加剂,在不同试验工况下进行了缸套-活塞环的摩擦学试验。结果表明:制备比例为4∶1的G-ATP复合添加剂材料表现出最佳的减摩抗磨效果,在高速重载工况下平均摩擦系数降低了25.40%,磨损质量降低了70.91%,平均磨痕深度降低了71.78%。同时缸套试样表面粗糙度也得到改善,表面均方根偏差Sq值降低了61.60%,谷区液体滞留指数Svi值提升了44.57%。G-ATP复合添加剂材料的协同润滑能够显著提升缸套-活塞环的摩擦学性能,凹凸棒石作为石墨烯的负载单元能增强石墨烯的层间滑动,减少摩擦副之间的接触面积并形成优质的摩擦保护膜,使摩擦副接触形式由金属-金属接触转为氧化膜-氧化膜,降低摩擦系数,同时剥落的凹凸棒石能沉积缸套试样磨损表面产生填充自修复作用并抛光表面,减少磨损。该研究结果为利用G-ATP复合添加剂抑制船舶柴油机缸套-活塞环磨损提供了一种方法。

关键词： 分子动力学   石墨烯   物理气相沉积   镍过渡层   高温退火  

摘要： 石墨烯具有优异的力学性能,是一种较佳的硬质合金刀具涂层材料.本文采用分子动力学,以硬质合金(WC-Co)为基底,并以Ni为过渡层,建立沉积石墨烯涂层模型,模拟Ni,C原子连续沉积和高温退火过程,研究沉积温度和入射能量对石墨烯涂层生长的影响,探究石墨烯沉积过程.模拟结果发现,当沉积温度为1100 K时,石墨烯的覆盖率较高,结构平整.较高的沉积温度有助于提供足够的动能使碳原子来克服成核的势能障碍,减少石墨烯生长缺陷.温度过高导致碳原子不断在优先沉积的碳环处堆积形成多层网状结构和无序结构,形成的石墨烯涂层覆盖率低.入射能量的增大有助于减少石墨烯中的空位缺陷;但入射能量过高,C-C的吸附作用较之C-Ni的吸附作用更强,导致涂层连续性较差.入射能量为1 eV时,涂层表面粗糙度较低,生长出较多的单层状石墨烯.1100 K退火时,碳膜在Ni过渡层同时存在溶解-成核过程,Ni过渡层催化消除了部分石墨烯缺陷,六元碳环数量增多,适宜的高温退火有利于缺陷碳环的修复重构和碳链的重排成环,提高了石墨烯质量.因此,当沉积温度1100 K、入射能量1 eV时,石墨烯沉积完后并退火,可生长出较高质量的石墨烯涂层.

关键词： 葡萄糖   纳米复合材料   酶生物燃料电池   自供能电化学传感器  

摘要： 基于酶生物燃料电池(EBFCs)构建的自供能电化学传感装置具有结构简单、易于小型化及无需外部电源等优势,在生物传感、环境监测和临床诊断等领域具有潜在的应用前景.本文利用石墨烯/金纳米粒子/碳化钛(rGO/AuNPs/Ti_(3)C_(2))纳米复合材料修饰玻碳电极(rGO/AuNPs/Ti_(3)C_(2)/GCE)作为EBFCs阴极,在其表面进一步固定葡萄糖氧化酶(GOx),制得EBFCs生物阳极,进而通过组装EBFCs生物阳极和阴极构建了双室酶生物燃料电池自供能葡萄糖生物传感器(EBFCs-SPGB).当阳极室存在目标物葡萄糖时,生物阳极表面固定的GOx发生酶促反应,催化葡萄糖产生电子并经外电路到达阴极,导致阴极表面Fe(CN)_(6)^(3-)发生还原反应,从而产生电化学响应信号.rGO/AuNPs/Ti_(3)C_(2)纳米复合材料具有优异的导电性、生物相容性和大的比表面积,其协同效应可显著提高GOx负载量和有效促进电子在电极表面的传递.构建的EBFCs-SPGB最大功率输出信号与葡萄糖浓度在0.3~10 mmol/L范围内呈良好的线性关系,检出限为0.1 mmol/L(S/N=3),可用于人体血清样本中葡萄糖浓度的检测分析.

关键词： 聚乙烯醇缩丁醛   功能氧化石墨烯   力学性能   透明性  

摘要： 采用不同类别的离子表面活性剂对氧化石墨烯(GO)进行功能化修饰,并通过溶液共混法制备了一系列聚乙烯醇缩丁醛/功能氧化石墨烯(PVB/f-GO)复合材料。X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和透射电子显微镜(TEM)分析表明,表面活性剂的插入有效阻止了GO的聚集,改善了其在PVB中的分散性。力学性能和可见光区透光性能测试表明,当添加十六烷基磺酸钠改性的氧化石墨烯(s-GO)含量为0.02 wt%时,PVB/s-GO复合材料的拉伸强度相比于原始PVB提高了38.1%,同时保持着88%的可见光透过率;当添加十六烷基苯磺酸钠修饰的氧化石墨烯(sd-GO)含量为0.03 wt%时,PVB/sd-GO复合材料的拉伸强度相比于原始PVB提高了28.4%,紫外线屏蔽能力提高至65%以上。

关键词： 计量学   拉曼光谱法   石墨烯   层数   机械剥离  

摘要： 石墨烯材料层数控制是石墨烯高质量发展的重要指标之一,准确测量层数是研究、开发和应用石墨烯材料的核心,研究分析石墨烯材料的层数对其产品特性和应用有着十分重要的影响。首先阐述了石墨烯层数测量研究的必要性,其次综述了现有几种石墨烯层数的测量方法,包括光学对比度法、拉曼光谱法、原子力显微镜法和高分辨透射电镜法,并依据拉曼光谱法测量分析了机械剥离法制备的石墨烯样品的层数,采用拉曼光谱对选区石墨烯样品进行随机测试,通过测试条件的选择使得空白衬底硅的拉曼模峰信号值高于5000。基于该测试方法,测量含有石墨烯样品的硅拉曼模的特征峰值,并计算含石墨烯样品和空白衬底的拉曼模峰高之比。将该比值与国家标准中拉曼法测量石墨烯材料层数的理论值进行比较,从而判断石墨烯样品的层数。测试结果表明,研究形成的技术方法可对机械剥离法制备的石墨烯薄膜样品层数进行测量,为石墨烯材料层数的研究及检测分析提供参考。

关键词： 石墨烯   高导热膜   散热性   测量方法  

摘要： 随着人工智能、5G通信、电子技术等领域的发展,高性能设备对热管理和芯片散热的需求愈发迫切,石墨烯凭借超高的导热性能成为了材料科学研究的焦点。为了准确评估其薄膜的散热性能,该研究对现有测量技术进行了深入分析,并结合该薄膜的材料特性,研发了一种真空恒功率加热平台。实验证明:该设备可建立材料热导率与测量温度的线性关系,能通过简单的温度测量,确定被测材料的热导率。